הפרדה ישירה בת-קיימא של ליתיום מונעת על ידי היגרוסקופיות

דרך מהירה ועדינה יותר להשיג ליתיום

ליתיום מזין את הסוללות בטלפונים, מחשבים ניידים ורכבים חשמליים, אבל חילוצו מהאדמה איטי, המשתמש הרבה מים ותובעני באנרגיה. מחקר זה מתאר שיטה חדשה לשלוף ליתיום משאריות מוצקות שנותרו לאחר כרייה, באמצעות לא יותר מהלחות הטבעית שבאוויר. עבור קוראים המתעניינים באנרגיה נקייה, במחסור במים ובהשפעות הכרייה, הוא מציע הצצה לאופן שבו ניתן להרחיב את מאגרי הליתיום תוך הקטנת טביעת הרגל הסביבתית שלהם.

מדוע הליתיום של היום מגיע בעלות גבוהה

ייצור ליתיום מודרני מסתמך בעיקר על שתי דרכים: אידוי תמיסות מלוחות באגנים נרחבים או כרייה ועיבוד של מחצבי סלע קשים. אידוי תמיסות הוא זול אך יכול להימשך יותר משנה ו צורך כמויות גדולות של מים מתוקים באזורים שכבר יבשים. כריית סלע קשה מהירה יותר אך דורשת אנרגיה רבה ומייצרת פסולת נרחבת. שיטות “הפקת ליתיום ישירה” מתפתחות ומבטיחות הפרדה נקייה יותר באמצעות ממברנות מיוחדות או חומרים כימיים, אך גישות אלו בדרך כלל זקוקות לחשמל, לכימיקלים ולבקרה מדויקת, מה שהופך אותן ליקרות להרחבה. האתגר הבסיסי הוא שליתיום מופיע בדרך כלל לצד מלחים שופעים המכילים נתרן, אשלגן, מגנזיום וסידן, והפרדה של החלק הקטן הזה בצורה נקייה התגלתה כקשה.

להניח לאהבת המים של הליתיום לעשות את העבודה

החוקרים זיהו כי כלוריד הליתיום המיוצב, מלח המכיל ליתיום הנפוץ בשלקים של כרייה, נוטה בעוצמה לספוח מים מהאוויר. כאשר הלחות הסביבתית מתונה — בסביבות 12% עד 30% — המינרל הזה מתחיל לספוח כמויות זעירות של לחות, עד שמתמוסס ונוטל צורת נוזל בעוד מלחים סמוכים כגון מלח שולחן (כלוריד הנתרן) ומלחים נפוצים של אשלגן, מגנזיום וסידן נשארים מוצקים. על ידי החזקת תערובות של מינרלים אלה בלחות מבוקרת, הצוות הראה שרק הגבישים הנושאים ליתיום נמסים, ויוצרים טיפות של תמיסה עשירה בליתיום שניתן לנקז. משמעות הדבר היא שמצבור אקראי של אדי מים באוויר מנוצל כדי להניע את שלב ההפרדה של הליתיום באופן ספונטני, ללא תוספת חום, חומרים כימיים או מים.

איך תהליך הלחות המבוקרת עובד

כדי להפוך עיקרון זה למעשי, בנו החוקרים תא מבוקר לחות שבו נשאב אוויר בעל לחות נמוכה דרך שכבה של מינרלים מעורבים או שלק כרייה אמיתי. כאשר האוויר עובר שם, מלח הליתיום סופח לחות בחמדנות ומתמוסס לנפח קטן של נוזל. ואקום עדין נמשך אז את הנוזל כלפי מטה דרך מסנן, ומפריד אותו מהמלחים שעדיין מוצקים. על ידי כוונון מהירות זרימת האוויר הלח וכמה רופפת שכבת המינרלים, הם יכולים להאיץ את קליטת הלחות ולהבטיח שהנוזל העשיר בליתיום יוסר לפני שיהיה לו זמן להמיס מחדש מלחים לא רצויים בסמוך. בתנאים מותאמים הם השיבו עד כ־96% מהליתיום, מרוכז לכמעט 100,000 חלקים למיליון — עשיר בהרבה מתמיסות קלט תעשייתיות טיפוסיות — בתוך דקות עד שעות במקום חודשים.

הוכחה לשימושיות מחוץ למעבדה

מעבר לדגימות מעורבות בקפידה, החוקרים בחנו שלק אמיתי מתפעול ליתיום מבוסס תמיסה מלוחה. חומר זה הכיל ליתיום לצד מספר מלחים וזיהומים אחרים, בדומה למה שנמצא בערימות באתרי כרייה אמיתיים. במערכת שלהם, שלוש מחזורי חילוץ מהירים השיבו למעלה מ‑80% מהליתיום בתוך כשעה, ותוצרו תמיסות מרוכזות משמעותית יותר מאלה שבהן משתמשים בייצור סטנדרטי של פחמה ליתיום. הם גם סימולצו תנאים עונתיים ממדבר אטקמה בצ’ילה, שם פועלים בריכות תמיסה רבות, והתאימו לחות, טמפרטורה ומהירות רוח לערכים ריאליסטיים. גם בתנאים טבעיים מתחלפים אלה, התהליך החזיר בעקביות יותר מ‑80% מהליתיום בתוך כשעה עד שלוש שעות, מה שמראה שהוא יכול לעבוד בעקביות בשטח.

התרחבות בקנה מידה עם חומרה פשוטה

כדי לבחון פריסה בעולם האמיתי, תכננו החוקרים מודול אנכי פשוט, בדומה לעמוד חלול ממולא שלק בין שתי קירות. אוויר לח נשאב על פני המלחים הדחוסים, נוצר הנוזל העשיר בליתיום ואז טפטף לתוך אוסף בבסיס. במבחנים עבד המודול כמה קילוגרמים של שלק ביום לכל מטר גובה וייצר תמיסות ליתיום מרוכזות מאוד, ובהשוואה הרבה טכניקות חילוץ קיימות עלה גם במהירות וגם בריכוז התפוקה. כיוון שהוא נשען על חומרים בסיסיים ותנאים סביבתיים, ניתן להוסיף עיצוב מודולרי זה לאתרים כרייה קיימים או להשתמש בו במתקנים מרוכזים שמדייקים את תנאי האוויר.

מה משמעות הדבר עבור סוללות נקיות יותר

במונחים פשוטים, המחקר מראה שניתן לנצל את הצמא הטבעי של הליתיום למים כדי לשלוף אותו מפסולת מוצקה מורכבת במהירות ובמעט אנרגיה, מים או כימיקלים נוספים. במקום לבנות עוד ועוד בריכות אידוי או מפעלי כימיה, הגישה הזו מאפשרת לאטמוספירה לבצע חלק גדול מעבודת ההפרדה. בעוד שעוד נדרשת הנדסה כדי להרחיב את הטכנולוגיה, לשלב אותה עם שלבי זיקוק קיימים ולבחון סוגים אחרים של חומרים נושאי ליתיום, המושג מצביע על כיוון לאספקת ליתיום בת-קיימא יותר. הדבר, בתורו, יכול לסייע להבטיח שמעבר האנרגיה הנקייה לא יתבסס על שיטות כרייה המעמיסות על משאבי מים ומערכות אקולוגיות.

ציטוט: Chen, H., Yang, M., Zheng, S. et al. Hygroscopicity-driven spontaneous sustainable direct lithium extraction. Nat Commun 17, 4085 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70720-9

מילות מפתח: הפקת ליתיום, שאריות כרייה, חומרים היגרוסקופיים, חומרי גלם לסוללות, כרייה בת-קיימא