Voortdurende directe lithiumwinning gedreven door hygroscopiciteit

Sneller en zachter lithium winnen

Lithium voedt de batterijen in onze telefoons, laptops en elektrische auto’s, maar het winnen ervan is traag, waterintensief en energieverslindend. Deze studie beschrijft een nieuwe manier om lithium uit vast afval van mijnbouw te halen, gebruikmakend van niets exotischer dan de natuurlijke luchtvochtigheid. Voor lezers die geven om schone energie, waterschaarste en de effecten van mijnbouw, biedt het een beeld van hoe we de lithiumvoorziening kunnen uitbreiden terwijl we de ecologische voetafdruk verkleinen.

Waarom lithium vandaag de dag duur betaald wordt

Moderne lithiumproductie berust grotendeels op twee routes: het verdampen van zoute pekels in uitgestrekte bassins of het vergruizen en verwerken van hardgesteenteerts. Pekelverdamping is goedkoop maar kan meer dan een jaar duren en verbruikt veel zoetwater in al droge regio’s. Hard-rock mijnbouw is sneller maar vraagt veel energie en genereert veel afval. Opkomende “directe lithiumwinning”-methoden beloven schonere scheiding met speciale membranen of chemicaliën, maar deze benaderingen vereisen meestal elektriciteit, reagentia en zorgvuldige controle, wat ze duur maakt om op te schalen. De onderliggende uitdaging is dat lithium meestal samen voorkomt met overvloedige zouten met natrium, kalium, magnesium en calcium, en het scheiden van deze kleine fractie op schone wijze blijkt moeilijk.

De dorst van lithium naar water het werk laten doen

De onderzoekers realiseerden zich dat lithiumchloride-hydraat, een lithiumhoudend zout dat veel voorkomt in mijnslakken, een sterke neiging heeft om water uit de lucht aan te trekken. Wanneer de omgevingsvochtigheid bescheiden is—ongeveer 12% tot 30%—begint dit mineraal kleine hoeveelheden vocht te absorberen en lost het uiteindelijk op tot een vloeistof, terwijl aangrenzende zouten zoals keukenzout (natriumchloride) en gebruikelijke kalium-, magnesium- en calciumsalzen vast blijven. Door mengsels van deze mineralen bij gecontroleerde vochtigheid te houden, toonde het team aan dat alleen de lithiumdragende kristallen vloeibaar worden en druppels van lithiumrijke oplossing vormen die kunnen worden afgevoerd. Dit betekent dat de wanorde van verspreide waterdamp in de lucht wordt benut om de lithiumscheiding spontaan voort te drijven, zonder extra warmte, chemicaliën of water.

Hoe het proces met gecontroleerde vochtigheid werkt

Om dit principe praktisch te maken, bouwde het team een vochtigheidsgecontroleerde kamer waarin droge lucht door een bed van gemengde mineralen of echte mijnslak wordt getrokken. Terwijl de lucht passeert, absorbeert het lithiumzout gretig vocht en smelt het tot een kleine hoeveelheid vloeistof. Een zachte vacuümzuiging laat deze vloeistof vervolgens door een filter naar beneden trekken, waarbij het wordt gescheiden van de nog steeds vaste begeleidende zouten. Door te sturen hoe snel de vochtige lucht stroomt en hoe los het minerale bed is verpakt, kunnen ze de vochtopname versnellen en ervoor zorgen dat de lithiumrijke vloeistof wordt verwijderd voordat deze de tijd heeft om ongewenste zouten in de buurt opnieuw op te lossen. Onder geoptimaliseerde omstandigheden herwonnen ze tot 96% van het lithium en concentreerden het tot bijna 100.000 delen per miljoen—veel rijker dan typische industriële voedingsoplossingen—binnen minuten tot uren in plaats van maanden.

Aantonen dat het buiten het lab werkt

Naast zorgvuldig gemengde monsters testten de onderzoekers echte slak van een pekelgebaseerde lithiumoperatie. Dit materiaal bevatte lithium naast verschillende andere zouten en onzuiverheden, vergelijkbaar met wat op hopen bij daadwerkelijke locaties wordt opgeslagen. In hun opstelling haalden drie snelle extractiecycli meer dan 80% van het lithium binnen ongeveer een uur terug, wat oplossingen opleverde die veel geconcentreerder waren dan die gebruikt bij standaard lithiumcarbonaatproductie. Ze simuleerden ook seizoensomstandigheden uit de Atacama-woestijn in Chili, waar veel pekelvijvers opereren, door vochtigheid, temperatuur en windsnelheid op realistische waarden af te stemmen. Zelfs onder deze schommelende natuurlijke omstandigheden herstelde het proces consequent meer dan 80% van het lithium in ongeveer één tot drie uur, wat aantoont dat het robuust in het veld kan werken.

Opschalen met eenvoudige hardware

Om echte toepassing te verkennen, ontwierp het team een eenvoudige verticale module, ongeveer als een holle kolom gevuld met slak tussen twee wanden. Vochtige lucht wordt over de verpakte zouten getrokken, lithiumrijke vloeistof vormt zich en druppelt vervolgens naar beneden in een opvangbak aan de basis. In tests verwerkte deze module meerdere kilogrammen slak per dag per meter hoogte en produceerde zeer geconcentreerde lithiumoplossingen, waarmee hij vele bestaande extractietechnologieën overtrof in zowel snelheid als uitgangsconcentratie. Omdat het berust op eenvoudige materialen en omgevingscondities, kan dit modulaire ontwerp worden toegevoegd aan bestaande mijnlocaties of worden gebruikt in gecentraliseerde installaties die de lucht nauwkeuriger conditioneren.

Wat dit betekent voor schonere batterijen

Simpel gezegd laat de studie zien dat we de natuurlijke dorst van lithium naar water kunnen gebruiken om het snel uit complexe vaste afvalstoffen te halen met weinig extra energie, water of chemicaliën. In plaats van steeds meer verdampingsvijvers of chemische fabrieken te bouwen, laat deze benadering de atmosfeer veel van het scheidingswerk doen. Hoewel verdere technische ontwikkeling nodig is om de technologie op te schalen, te integreren met bestaande raffinagestappen en andere typen lithiumhoudende materialen te testen, wijst het concept op meer duurzame lithiumvoorraden. Dat kan op zijn beurt helpen verzekeren dat de transitie naar schone energie niet afhankelijk wordt van mijnbouwpraktijken die watervoorraden en ecosystemen belasten.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: lithiumwinning, mijnbouwafval, hygroscopische materialen, grondstoffen voor batterijen, duurzame mijnbouw