Спрос на литий стремительно растёт из-за электромобилей и систем накопления энергии. Традиционные способы добычи — разработка месторождений и выкачивание подземных рассолов — требуют много энергии и заметно влияют на окружающую среду. Исследователи из Университета Техаса A&M предложили другой подход: крошечные роботы, похожие на рыбок, которые будут плавать в морской воде и собирать ионы лития.
Проект возглавляют профессора Ширен Ван (Shiren Wang) и Цзинцзин (Дженни) Цю (Jingjing Qiu). Разработку поддержало Министерство энергетики США грантом в один миллион долларов. Работа входит в число 19 инициатив, направленных на укрепление американской цепочки поставок критически важных материалов.
Литий из моря
Литий-ионные батареи остаются основным выбором для электромобилей благодаря высокой энергоёмкости, долгому сроку службы и быстрой зарядке. Глобальный спрос на литий, по прогнозам, вырастет в три раза к 2030 году и более чем в четыре раза к 2035-му по сравнению с уровнем 2024 года. Уже сейчас электромобили и накопители энергии потребляют около 61% добываемого лития, и эта доля продолжит расти.
В морской воде лития очень много, но его концентрация низкая, а рядом растворены другие минералы. Извлечь нужный элемент избирательно и экономично до сих пор было сложно.
Как работают нанороботы
Исследователи создают автономные микро- и нанороботы, которые перемещаются в воде под действием света. Пока они «плавают», устройства активно ищут и захватывают ионы лития. После выполнения задачи роботов собирают с помощью магнитного поля — это позволяет извлекать накопленный материал и использовать аппараты повторно.
«В отличие от традиционной добычи, которая разрушает ландшафт или требует перекачки огромных объёмов рассола и больших затрат энергии, эти автономные микро- и нанороботы свободно перемещаются в морской воде и собирают литий практически без какой-либо инфраструктуры», — объясняет Цзинцзин Цю.
Преимущества и ограничения
Главный плюс подхода — минимальное воздействие на окружающую среду и отсутствие необходимости строить крупные добывающие комплексы. Технология теоретически может стать стабильным дополнительным источником лития для внутреннего рынка США.
Однако до промышленного применения ещё далеко. Одна из главных трудностей — научить роботов избирательно отделять литий от других растворённых веществ. Кроме того, нужно доказать, что устройства выдержат реальные морские условия, смогут работать долго и останутся экономически выгодными.
Сейчас команда сосредоточится на повышении эффективности захвата лития, проверке работоспособности в морской среде и разработке методов масштабирования технологии.
«Добыча лития из морской воды может стать стабильным альтернативным источником, который поможет удовлетворить растущий глобальный спрос», — отметила Цю.
Если исследователям удастся решить технические задачи, крошечные «рыбки»-роботы могут открыть новый способ получения стратегически важного металла — прямо из океана и с гораздо меньшим экологическим следом.
