Світовий океан може стати одним із найбільших резервуарів критично важливих мінералів для майбутньої енергетики та високих технологій. Американські науковці підрахували, що навіть 0,1% морської води містить достатньо літію, магнію та інших стратегічних елементів, щоб забезпечити потреби людства протягом наступних 50 тисяч років.
Дослідники з Національної лабораторії Тихоокеанського Північного Заходу США (PNNL) зараз розробляють технології, які дозволять видобувати ці ресурси безпосередньо з океану. Проєкт підтримує Міністерство енергетики США.
Морська вода приховує мільярди тонн ресурсів
Океани містять величезні кількості розчинених мінералів, серед яких літій, магній, марганець, кобальт і рідкісноземельні елементи. Саме ці матеріали сьогодні мають стратегічне значення для виробництва батарей, електромобілів, електроніки та технологій чистої енергетики.
«Лише 0,1% морської води містить достатньо критичних мінералів, таких як магній і літій, щоб за умови повного вилучення забезпечити потреби людства на 50 тисяч років або більше», — зазначила хімічна океанографка PNNL Джессіка Кросс.
Ідея використання океану як джерела ресурсів не є новою. Під час Другої світової війни США отримували значну частину магнію саме з морської води. Однак пізніше виробництво перемістилося до інших країн через дешевші імпортні поставки.
Головна проблема — низька концентрація
Попри величезні запаси, видобуток мінералів з океану залишається складним завданням. Причина проста: більшість елементів присутні у воді в надзвичайно малих кількостях.
Наприклад, в олімпійському басейні, заповненому приблизно 2,3 мільйона літрів морської води, міститься близько 3 тонн магнію, але лише приблизно 420 грамів літію та менш ніж грам нікелю.
«Найбільша перевага морської води полягає в тому, що її хімічний склад у середньому досить стабільний у різних регіонах світу. Це означає, що технологію, розроблену в одному місці, можна буде масштабувати для використання в інших країнах», — пояснив хімік PNNL Чінмаї Суббан.
Саме тому інженерам необхідно створювати системи, які зможуть ефективно обробляти величезні об’єми води.
Новий реактор може спростити видобуток магнію
Команда PNNL розробила спеціальний проточний реактор, у якому морська вода контактує з гідроксидом натрію. У результаті цієї реакції утворюється високочистий гідроксид магнію, який можна збирати та використовувати у промисловості. Перевага нового підходу полягає в тому, що він дозволяє скоротити кількість етапів хімічної обробки. Отриманий матеріал уже широко застосовується у виробництві, але США наразі значною мірою залежать від імпорту.
Дослідники вважають, що такі установки можна було б інтегрувати з опріснювальними станціями. Наприклад, аналіз показав, що поєднання технології з каліфорнійською опріснювальною станцією Carlsbad потенційно могло б виробляти понад 500 тонн гідроксиду магнію щодня — більше ніж утричі перевищує нинішнє щоденне споживання цього матеріалу в США.
Видобуток без відходів
Науковці також працюють над тим, щоб використовувати не лише основні мінерали, а й побічні продукти процесу. Після вилучення магнію залишається концентрований розсіл, який можна обробляти за допомогою технології біполярного мембранного електродіалізу. Вона дозволяє отримувати кислоту та луги, необхідні для подальших хімічних процесів.
Цікаво, що отримана таким способом кислота в лабораторних тестах виявилася ефективнішою за традиційну соляну кислоту під час вилучення нікелю з мінералу олівіну. Вона показала приблизно на 37% кращий результат.
Океан може стати не лише шахтою, а й виробничою системою
Дослідники також розглядають можливість використання залишкових продуктів для морського вирощування біомаси.
Деякі критичні елементи накопичуються у водоростях у концентраціях, що можуть бути у мільйон разів вищими, ніж у навколишній морській воді. Це відкриває перспективу створення комплексних систем, які одночасно видобуватимуть мінерали, вироблятимуть добрива, паливо, хімічні речовини та біомасу.
Втім, технологія поки що перебуває на ранньому етапі. Перед її широким впровадженням необхідно вирішити питання вартості, енергоефективності та масштабування.
Якщо ці проблеми вдасться подолати, океан може стати одним із ключових джерел ресурсів для майбутньої економіки — від акумуляторів електромобілів до нових поколінь електроніки. На відміну від традиційного видобутку корисних копалин, морські технології можуть запропонувати більш рівномірний і потенційно стійкий спосіб отримання критично важливих матеріалів.