Океаны могут стать одним из крупнейших источников критически важных минералов. По расчётам американских учёных, всего 0,1 процента морской воды содержит достаточно лития, магния и других элементов, чтобы обеспечить потребности человечества на ближайшие 50 тысяч лет. Теперь исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) при поддержке Министерства энергетики США активно разрабатывают способы извлечения этих ресурсов прямо из моря.
«Всего 0,1 процента морской воды содержит достаточно критических минералов, таких как магний и литий, чтобы при полной добыче обеспечить человечество на следующие 50 тысяч лет и более», — отмечает химический океанограф Джессика Кросс (Jessica Cross).
Почему добывать минералы из моря так сложно
Главная проблема — крайне низкие концентрации веществ. Магний в морской воде относительно распространён, а вот лития и никеля в ней совсем мало. Чтобы получить заметные количества, приходится обрабатывать огромные объёмы жидкости.
Для наглядности: в олимпийском бассейне объёмом около 2,3 миллиона литров морской воды содержится примерно 2980 килограммов магния, но всего 0,42 килограмма лития и менее грамма никеля.
«Самое большое преимущество морской воды в том, что в среднем её химический состав довольно стабилен по всему миру, — объясняет химик Чинмайи Суббан (Chinmayee Subban). — Это значит, что технологию, разработанную для одного места, можно быстро масштабировать и применять в самых разных регионах».
Как работает новая технология
Команда PNNL создала реактор непрерывного потока (co-flow reactor). В нём морская вода постоянно контактирует с раствором гидроксида натрия. На границе двух жидкостей образуется высокочистый гидроксид магния, который можно сразу собирать. Процесс позволяет обойтись без нескольких традиционных стадий химической обработки и сразу получать готовый продукт, который широко используется в промышленности США и сейчас в основном импортируется.
Систему можно устанавливать рядом с уже существующими опреснительными установками. По расчётам, если полностью внедрить технологию на крупном опреснительном комплексе в Карлсбаде (Калифорния), можно получать около 524 тонн гидроксида магния в сутки. Это более чем в три раза превышает текущее ежедневное потребление этого вещества в США.
Что делать с побочными продуктами
Исследователи не останавливаются на одном магнии. После извлечения основного продукта остаётся концентрированный рассол. Его пропускают через биполярный мембранный электродиализ (BPMED), который производит кислоту и щёлок, необходимые для дальнейшей переработки.
Эксперименты показали, что полученная таким способом кислота на 37 процентов эффективнее обычной соляной кислоты при извлечении никеля из оливина. А некоторые побочные продукты можно использовать в марикультуре. Исследователь-ботаник Скотт Эдмундсон (Scott Edmundson) отмечает, что в водорослях концентрации отдельных критических элементов бывают в миллион раз выше, чем в окружающей воде.
Кроме того, слегка подкислённая вода из процесса BPMED ускоряет рост водорослей. В перспективе такие системы смогут одновременно добывать минералы, производить химикаты, удобрения, топливо и биомассу.
Технология пока сталкивается с инженерными и экономическими трудностями. Однако учёные уверены: подход способен создать устойчивый отечественный источник критических минералов и снизить зависимость от импорта. Если разработки удастся довести до промышленного уровня, морская вода может стать одним из ключевых ресурсов зелёной энергетики и современной электроники.
