科学者が水から金属を「魔法のように」採掘

スティーブン・アシュビー、太平洋岸北西部国立研究所、2022 年 5 月 6 日

PNNL の化学エンジニア Jian Liu は、さまざまな水源からレアアース元素を抽出するために使用される実験装置を観察しています。 この磁気分離ループ システムは、水に添加される小さな磁性粒子と連携して機能し、元素を素早く引き出して抽出を容易にします。 クレジット: 写真提供: Andrea Starr | 太平洋岸北西部国立研究所

何世紀も前、錬金術師たちは鉛を金に変えようとしました。 彼らは成功しませんでしたが、豊富な資源から貴重な資源を抽出するという概念は依然として魅力的です。

エネルギー省の太平洋北西部国立研究所（PNNL）の科学者たちは、産業界と協力して、磁性ナノ粒子を使用してさまざまな水源からリチウムなどの重要なミネラルを抽出する方法をテストしています。

リチウムは、携帯電話から電気自動車に至るまであらゆるものに電力を供給する軽量リチウムイオン電池など、多くの電子技術やエネルギー技術に不可欠な成分です。

クレジット: パシフィック ノースウェスト国立研究所によるビデオ

リチウムの世界市場は2028年までに82億ドルに達すると予測されているが、米国では貴重な量がほとんど生産されていない。

PNNL の特許出願中の技術は、米国に自国のリチウムやその他の重要な材料をより多く生産する機会を与える可能性があるだけでなく、より迅速かつ低コストの生産方法も提供します。 PNNL は、さまざまな工業プロセスに関連する水中に含​​まれるリチウムやその他の金属を吸着する吸着剤シェルで囲まれた磁性ナノ粒子を開発しています。

これらの供給源には、地熱塩水として知られる地熱発電所の水、または石油やガスの生産中に地下から汲み上げられた水が含まれる可能性があります。 この粒子は、海水淡水化プラントからの流出水にも使用でき、さらには海水から直接使用することもできます。 小さな鉄ベースの粒子が水に加えられると、リチウムが水から引き出され、粒子に結合します。 次に、磁石の助けを借りて、リチウムが乗り上げたナノ粒子をわずか数分で収集することができ、液体中に浮遊することがなくなり、簡単に抽出できるようになります。 リチウムが抽出された後、再充電されたナノ粒子は再び使用できます。

この技術は、地下水を高価な蒸発池に汲み上げる従来の抽出方法に代わる有望な代替手段となります。 これらのプロセスには数か月、場合によっては数年かかる場合があり、主に展開されている乾燥地域の地下水管理に影響を与えます。

PNNL のプロセスはすぐに作業に取り掛かりますが、今日のプロセスは、レモネードのピッチャーから水が蒸発するのを待って、底に沈んでいる粉末ミックスを回収できるのを待つようなものです。 この技術が地熱発電所に導入されれば、回収されたリチウムの価値により、水を使用して地表深部の熱を捕捉し、電気に変換するこの形式の再生可能エネルギーの費用対効果が高まる可能性があります。

PNNL はモーゼル テクノロジーズと提携してこのテクノロジーの開発をさらに進めており、モーゼル テクノロジーズはこのテクノロジーのライセンスを取得しており、いくつかの場所で試験的に導入する予定です。

この取り組みとその後の活動は、国立研究所がどのように営利団体と協力して、研究所の研究を現実世界のソリューションに移行するかを示す好例です。

例えば、PNNLの研究者らは、石油やガスの抽出プロセスでの使用の可能性を目指して磁気分離システムの長期テストを行っており、これにより生産コストを相殺する追加の収益源が生まれる可能性がある。

モーゼルに加えて、同社は他の商業パートナーと協力して、ネバダ州とカナダのリチウム資源への技術の使用を評価している。

最後に、PNNL の研究者らは、さまざまな用途に目を向けて、エネルギー技術、医療用画像装置、エレクトロニクスなどで使用される商業的に価値があり、戦略的に重要な他の元素や鉱物を特にターゲットにするために、ナノ粒子のシェルをカスタマイズしています。

たとえば、彼らはモーゼルおよびGeo40と協力して、ニュージーランドの地熱発電所の地熱塩水からセシウムとアンチモンを抽出する可能性を調査しています。

これらの努力はいずれも魔術にはあたりませんが、昔の錬金術師たちがこの驚異的な化学を魔術と誤解したのは許せるでしょう。

PNNL の斬新なアプローチは本当に注目に値します。 重要なミネラルを迅速かつコスト効率の高い方法で抽出できることが期待されます。 そして、このようなイノベーションはまさに金に相当する価値があるかもしれません。