Les centrales géothermiques de la mer de Salton comme celle-ci, l’avion John Featherstone, produisent de la saumure surchauffée, qui est pleine de lithium et d’autres minéraux. Berkeley Lab fait progresser la science et la technologie pour en faire une source « verte » de lithium pour la fabrication de batteries domestiques. Crédit : Patrick Dobson/Berkeley Lab
Évaluer les défis de l’extraction du lithium à partir de la saumure géothermique
Les scientifiques du Berkeley Lab évaluent le paysage technologique pour le développement d’une source nationale de lithium.
Si vous aviez un pot de billes de plusieurs couleurs différentes mais que vous ne vouliez que les vertes, comment pourriez-vous les sélectionner efficacement ? Et si ce n’étaient pas des billes mais un pot de paillettes, et qu’il y avait du sable, de la colle et de la boue mélangés ? Cela commence à décrire la complexité de la saumure pompée sous la mer de Salton en Californie dans le cadre de la production d’énergie géothermique.
Pour les champs géothermiques du monde entier, la saumure géothermique produite a simplement été réinjectée sous terre, mais il est maintenant clair que les saumures produites dans le champ géothermique de Salton Sea contiennent une immense quantité de lithium, une ressource essentielle pour le transport et l’énergie à faible émission de carbone. espace de rangement. La demande de lithium monte en flèche, car c’est un ingrédient essentiel des batteries lithium-ion. Actuellement, il y a très peu de production de lithium aux États-Unis et la plupart du lithium est importé ; Cependant, cela pourrait changer dans un proche avenir.
Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l’Énergie ont récemment publié un examen complet des technologies passées et actuelles pour extraire les minéraux de la saumure géothermique. La revue, publiée dans la revue Énergies, discute et évalue un large éventail de technologies utilisées pour l’extraction du lithium des saumures. L’examen révèle que les saumures géothermiques dans la région de la mer de Salton en Californie devraient être une source nationale majeure de lithium à l’avenir, mais que d’importants défis techniques doivent être surmontés.
« L’un des principaux moteurs du développement des ressources nationales en lithium est que nous aurons besoin de beaucoup de lithium à l’avenir. » a déclaré Will Stringfellow, auteur principal de l’article. « Nous dépendons du lithium qui est extrait de la terre dans d’autres pays – et il est également traité à l’étranger – nous n’avons donc pas de production nationale importante de batteries. Mais il y a potentiellement beaucoup de ressources de lithium aux États-Unis qui pourraient être exploitées. Nous cherchons donc à savoir si ces ressources peuvent être extraites et utilisées d’une manière vraiment respectueuse de l’environnement, afin qu’elles soient vraiment des sources de lithium « vertes ».
L’extraction du lithium des saumures géothermiques devrait être particulièrement difficile. La saumure est extrêmement chaude lorsqu’elle sort du sous-sol et contient un riche ragoût de nombreux minéraux dissous en plus du lithium. « Il sort à plus de 100 degrés Celsius“, a déclaré Stringfellow. « Donc, vous devez faire face à la chaleur. Et c’est très, très salin – environ 25 % en poids. Il y a beaucoup de sel, c’est-à-dire beaucoup de sodium, beaucoup de chlorure. Il y a aussi beaucoup de calcium et de magnésium, et d’autres choses comme le fer et le silicium. Ce sont tous des matériaux qui pourraient potentiellement interférer avec l’extraction.
La saumure chaude qui monte du sous-sol dans le cadre de la production d’énergie géothermique à la mer de Salton en Californie est un riche ragoût de minéraux, notamment du fer, du magnésium, du calcium, du sodium et du lithium. À l’aide de diverses techniques d’extraction, le chlorure de lithium peut être extrait de la saumure, puis transformé sous d’autres formes pour la production de batteries. Crédit : Jenny Nuss/Berkeley Lab
Le ministère de l’Énergie (DOE) s’intéresse à la fois à l’énergie géothermique et à la chaîne d’approvisionnement en lithium, a déclaré Stringfellow, expert en traitement et gestion des déchets industriels. “Nous avons été mandatés par le bureau des technologies géothermiques du DOE pour mener une analyse indépendante de la technologie d’extraction minérale dans le contexte de la production d’énergie géothermique”, a-t-il déclaré. « Il y a eu des examens précédents de processus fondamentaux individuels, mais c’est, à notre connaissance, le premier examen complet qui a examiné le côté plus appliqué de la science du processus. »
Stringfellow et le co-auteur Patrick Dobson, responsable du programme de systèmes géothermiques de Berkeley Lab, ont examiné la littérature publiée et les rapports industriels et gouvernementaux, et ont effectué un examen approfondi des brevets de technologie d’extraction du lithium. La méthode d’extraction du lithium la plus avancée sur le plan technologique est l’adsorption du lithium à l’aide de sorbants inorganiques, mais d’autres technologies prometteuses sont également en cours de développement. Des sorbants échangeurs d’ions à tamis moléculaire inorganique sont appliqués pour l’extraction du lithium des saumures, et l’application passée et actuelle de cette technologie est discutée dans l’article.
Dobson et Stringfellow sont membres du Lithium Resource Research and Innovation Center (LiRRIC), établi au Berkeley Lab pour développer la science et la technologie pour l’extraction, le raffinage et la synthèse de matériaux durables du lithium domestique pour des applications telles que les batteries.
Des projets récents se sont concentrés sur la façon de déterminer la composition chimique de la saumure chaude en temps réel, sans avoir besoin de la refroidir, permettant un meilleur contrôle du processus pour maximiser l’efficacité de l’extraction du lithium. Ils travaillent également sur un analyse techno-économique avec deux sociétés opérant à Salton Sea – Berkshire Hathaway Energy et Controlled Thermal Resources – pour voir si les technologies d’extraction du lithium peuvent être mises en œuvre de manière à être compétitives par rapport aux autres formes de production de lithium. Ces efforts sont soutenus par la California Energy Commission et l’Advanced Manufacturing Office du DOE.
« Berkeley Lab a été le pionnier des technologies de batteries au lithium et continue d’être à la pointe de l’innovation en matière de batteries au lithium en utilisant les ressources naturelles et en interagissant équitablement avec les communautés dans lesquelles ces ressources résident », a déclaré Mike Whittaker, directeur de LiRRIC.
Référence : « Technology for the Recovery of Lithium from Geothermal Brines » par William T. Stringfellow et Patrick F. Dobson, 18 octobre 2021, Énergies.
DOI : 10.3390 / en14206805
Le travail a été soutenu par le Bureau des technologies géothermiques du ministère de l’Énergie.
