Nova vrsta desalinacijske membrane uz pitku vodu daje i izdvojene litijeve ione
Desalinacijom morske vode jednostavnije do glavne sirovine za proizvodnju baterija!
Desalinacija morske vode već je desetljećima dobro poznat proces dobivanja pitke vode iz mora široke primjene. Glavni nedostatak ovakvog procesa s trenutno korištenim membranama je prevelik utrošak energije uslijed postizanja potrebnih visokih tlakova. No australski i američki znanstvenici na tragu su rješenja toga problema osmišljanjem membrane drugačijeg materijala i dizajna. Tako osmišljena membrana uz primarni produkt-pitku vodu, sakuplja i vrijedne litijeve ione.
Morska voda složena je smjesa korisnih minerala, no teško je izdvojiti one specifične, nama potrebne. Tim znanstvenika iz Australije i Sjedinjenih Američkih Država razvio je novi način desalinizacije vode koja, ne samo da morsku vodu čini pitkom, već i oporavlja litijeve ione za njihovu daljnju primjenu u baterijama, a istraživanje su objavili u časopisu Science Advances.
Učinkovit spoj novog materijala i dizajna
Ključ procesa su organometalne strukture (engl. metal-organic frameworks-MOFs) koje imaju najveću unutarnju površinu u usporedbi s bilo kojim drugim poznatim metalom. Općenito, organometalni spojevi su skupina poroznih materijala kristalične strukture. Sastoje se od metalnih iona ili klastera (skupina atoma ili molekula) uklopljenih u mrežu organskih molekula u jedno-, dvo- ili trodimenzionalnu strukturu.
Jedan gram takvoga materijala teorijski bi mogao prekriti nogometno igralište zahvaljujući upravo njegovoj zapetljanoj unutarnjoj strukturi koja MOF čini savršenim materijalom za hvatanje, pohranjivanje i oslobađanje iona ili molekula. Nedavna istraživanja materijala utvrdila su da MOFs mogu poslužiti i kao "spužve" za upijanje emisija ugljika iz zraka, kao visoko precizni kemijski senzori te kao filtri gradske vode.
Reverzno osmotske membrane su trenutno najčešće korištene membrane za obradu vode, a princip rada im je prilično jednostavan. Pore membrane dovoljno su velike da kroz njih mogu proći molekule vode, ali su premale za prolazak onečišćujućih tvari. Glavni problem ove vrste membrana je taj što zahtijevaju postizanje visokih tlakova kako bi se voda protisnula kroz membranu, što troši veliku količinu energije.
MOFs membrane, s druge strane, mogu biti selektivnije i učinkovitije. Istraživači sa Sveučilišta Monash, CSIRO (Australija) i sa Sveučilišta u Texasu u Austinu sada su razvili upravo takvu membranu, s poboljšanim navedenim karakteristikama.
Za dizajn membrane inspirirala ih je ionska selektivnost bioloških staničnih membrana, omogućujući materijalu MOF membrane da dehidrira određene ione prilikom njihovog prolaska kroz nju. Nadalje, ovako konstruirane membrane ne zahtijevaju protiskivanje vode pri visokim tlakovima kroz membranu, štedeći tako energiju.
„Naše otkriće možemo upotrijebiti kako bismo odgovorili na izazove procesa desalinacije vode“, navodi Huanting Wang, autor istraživanja. „Umjesto oslanjanja na trenutne skupe i energetski zahtjevne procese, ovo istraživanje otvara mogućnost uklanjanja iona soli iz vode na puno energetski učinkovitiji i ekološki prihvatljiviji način.“
Dodatna korist
No pitka voda nije jedini krajnji produkt desalinacije morske vode MOF membranom. Litij je vrlo tražen element zahvaljujući svojoj primjeni u litij-ionskim baterijama koje danas napajaju gotovo sve, od pametnih telefona do električnih automobila. Litijevi ioni zaostaju u poroznoj strukturi membrane, spremni za skupljanje i daljnje korištenje.
„Morska voda bogata je litijevim ionima što itekako utječe na rudarsku industriju koja trenutno koristi neučinkovite kemijske metode obrade kako bi izdvojila litij iz stijena i slane vode“, kaže Wang. „Globalna potražnja za litijem potrebnim u elektronici i baterijama vrlo je visoka. Ove membrane nude potencijal za vrlo učinkovit način izdvajanja iona litija iz morske vode, obilnog i lako dostupnog resursa.“
Tehnologija s MOFs membranama također bi se mogla primijeniti u obradi otpadnih voda iz industrijskih procesa kao, na primjer, vode nakon hidrauličkog frakturiranja.
„Otpadna voda nakon vađenja prirodnog plina zarobljenog unutar stijene škriljavac u Texasu bogata je litijem“, navodi Benny Freeman, koautor istraživanja. „Koncept naprednih separacijskih materijala kao što je naš, potencijalno bi mogao prevesti otpadne tokove u priliku za oporavak resursa.“
Istraživači navode kako planiraju nastaviti istraživanje kako bi MOFs membrane bile još bolje u separaciji litijevih iona.
Barbara Kalebić / Ekovjesnik
Izvori: CSIRO, UT Austin, Monash University via Science Daily