Jian Liu, ingénieur chimiste du PNNL, observe l’équipement de laboratoire utilisé pour extraire les éléments de terres rares de diverses sources d’eau. Ce système de séparation magnétique en boucle fonctionne en tandem avec de minuscules particules magnétiques ajoutées à l’eau, ce qui permet d’extraire rapidement l’élément pour faciliter l’extraction. Crédit : Photo d’Andrea Starr Pacific Northwest National Laboratory
Il y a des siècles, les alchimistes ont cherché à transformer le plomb en or. Bien qu’ils n’y soient pas parvenus, l’idée d’extraire des ressources précieuses de sources abondantes reste séduisante.
Les scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) du ministère de l’énergie collaborent avec l’industrie pour tester une méthode qui utilise des nanoparticules magnétiques pour extraire des minéraux importants comme le lithium de diverses sources d’eau.
Le lithium est un ingrédient essentiel de nombreuses technologies électroniques et énergétiques, notamment les batteries lithium-ion légères qui alimentent tout, des téléphones portables aux véhicules électriques.
Crédit : Vidéo du Pacific Northwest National Laboratory
Le marché mondial du lithium devrait atteindre 8,2 milliards de dollars d’ici 2028, mais les États-Unis en produisent très peu.
Non seulement la technologie du PNNL, dont le brevet est en cours d’homologation, permet aux États-Unis de produire davantage de lithium et d’autres matériaux essentiels, mais elle offre également un moyen beaucoup plus rapide et moins coûteux d’y parvenir. Le PNNL développe des nanoparticules magnétiques entourées d’une enveloppe adsorbante qui s’accroche au lithium et à d’autres métaux présents dans l’eau associée à divers processus industriels.
Ces sources pourraient inclure l’eau des centrales géothermiques, connue sous le nom de saumure géothermique, ou l’eau extraite du sous-sol pendant la production de pétrole ou de gaz. Les particules pourraient également être utilisées dans les effluents des usines de dessalement, ou même directement dans l’eau de mer. Une fois que les minuscules particules à base de fer sont ajoutées à l’eau, le lithium est extrait de l’eau et se lie à elles. Ensuite, à l’aide d’un aimant, les nanoparticules peuvent être collectées en quelques minutes seulement, le lithium n’étant plus en suspension dans le liquide et pouvant être facilement extrait. Une fois le lithium extrait, les nanoparticules rechargées peuvent être réutilisées.
Cette technologie offre une alternative prometteuse aux méthodes d’extraction conventionnelles qui pompent les eaux souterraines dans de grands et coûteux bassins d’évaporation. Ces processus peuvent prendre des mois, voire des années, et ont un impact sur la gestion des eaux souterraines dans les régions arides où ils sont principalement déployés.
Alors que le procédé du PNNL se met immédiatement au travail, les procédés actuels sont un peu comme attendre que l’eau s’évapore d’un pichet de limonade dans l’espoir de récupérer le mélange en poudre qui se dépose au fond. Si cette technologie était déployée dans les centrales géothermiques, la valeur du lithium récupéré pourrait potentiellement augmenter la rentabilité de cette forme d’énergie renouvelable, qui utilise l’eau pour capter la chaleur dans les profondeurs de la surface de la Terre et la convertir en électricité.
Le PNNL poursuit le développement de cette technologie dans le cadre d’un partenariat avec Moselle Technologies, qui en a obtenu la licence et prévoit de la tester dans plusieurs endroits.
Cet effort et les activités de suivi sont d’excellents exemples de la façon dont les laboratoires nationaux collaborent avec des entités commerciales pour transformer la recherche de laboratoire en solutions du monde réel.
Par exemple, les chercheurs du PNNL effectuent des tests de longue durée du système de séparateur magnétique en vue d’une utilisation potentielle dans les processus d’extraction du pétrole et du gaz, ce qui pourrait créer une source de revenus supplémentaires pour compenser les coûts de production.
En plus de Moselle, ils font équipe avec d’autres partenaires commerciaux pour évaluer l’utilisation de la technologie pour leurs ressources en lithium au Nevada et au Canada.
Enfin, dans l’optique d’un ensemble différent d’applications, les chercheurs du PNNL personnalisent l’enveloppe de la nanoparticule pour cibler spécifiquement d’autres éléments et minéraux de valeur commerciale et d’importance stratégique utilisés dans les technologies énergétiques, les dispositifs d’imagerie médicale, l’électronique et plus encore.
Par exemple, ils collaborent avec Moselle et Geo40 pour explorer la possibilité d’extraire le césium et l’antimoine des saumures géothermiques dans une centrale géothermique en Nouvelle-Zélande.
Bien que ces efforts ne relèvent pas de la sorcellerie, on pourrait pardonner aux alchimistes d’antan d’avoir pris cette merveille de la chimie pour de la magie.
La nouvelle approche du PNNL est vraiment remarquable. Elle offre la promesse d’extraire des minéraux essentiels de manière rapide et rentable. Et une innovation comme celle-ci pourrait bien valoir son pesant d’or.poids en or.
