과학자들이 "마술처럼" 물에서 금속을 채굴합니다

Steven Ashby 작성, Pacific Northwest National Laboratory 2022년 5월 6일

PNNL 화학 엔지니어 Jian Liu는 다양한 수원에서 희토류 원소를 추출하는 데 사용되는 실험실 장비를 관찰합니다. 이 자기 분리 루프 시스템은 물에 첨가된 작은 자성 입자와 함께 작동하여 쉽게 추출할 수 있도록 요소를 빠르게 끌어냅니다. 출처: Andrea Starr의 사진 | 태평양 북서부 국립 연구소

연금술사들은 수세기 전에 납을 금으로 바꾸려고 노력했습니다. 성공하지는 못했지만, 풍부한 자원에서 귀중한 자원을 추출한다는 개념은 여전히 ​​매력적입니다.

에너지부 산하 태평양 북서부 국립 연구소(PNNL)의 과학자들은 업계와 협력하여 자성 나노입자를 사용하여 다양한 수원에서 리튬과 같은 중요한 미네랄을 추출하는 방법을 테스트하고 있습니다.

리튬은 휴대폰에서 전기 자동차에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하는 경량 리튬 이온 배터리를 포함하여 다양한 전자 및 에너지 기술의 필수 성분입니다.

출처: Pacific Northwest National Laboratory의 비디오

세계 리튬 시장은 2028년까지 82억 달러에 이를 것으로 예상되지만, 미국에서는 거의 생산되지 않습니다.

PNNL의 특허 출원 중인 기술은 잠재적으로 미국에 자체 리튬 및 기타 중요한 재료를 더 많이 생산할 수 있는 기회를 제공할 뿐만 아니라 훨씬 더 빠르고 저렴한 방법을 제공합니다. PNNL은 다양한 산업 공정과 관련하여 물에서 발견되는 리튬 및 기타 금속에 ​​달라붙는 흡착제 껍질로 둘러싸인 자성 나노입자를 개발하고 있습니다.

이러한 소스에는 지열 염수로 알려진 지열 발전소의 물이나 석유 또는 가스 생산 중에 지하에서 끌어온 물이 포함될 수 있습니다. 입자는 또한 담수화 공장의 폐수에 사용될 수도 있고 심지어 해수에서 직접 사용될 수도 있습니다. 작은 철 기반 입자가 물에 추가되면 리튬이 물에서 빠져 나와 결합됩니다. 그런 다음 자석의 도움으로 나노입자를 단 몇 분 만에 수집할 수 있으며 리튬은 더 이상 액체에 매달리지 않고 쉽게 추출할 수 있습니다. 리튬이 추출된 후에는 충전된 나노입자를 다시 사용할 수 있다.

이 기술은 지하수를 크고 비용이 많이 드는 증발 연못으로 펌핑하는 기존 추출 방법에 대한 유망한 대안을 제공합니다. 이러한 프로세스는 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있으며 주로 배치되는 건조한 지역의 지하수 관리에 영향을 미칠 수 있습니다.

PNNL 공정은 즉시 진행되지만, 오늘날의 공정은 바닥에 침전된 분말 혼합물을 되찾기 위해 레모네이드 주전자에서 물이 증발할 때까지 기다리는 것과 약간 비슷합니다. 이 기술이 지열 발전소에 배치되면 회수된 리튬의 가치는 물을 사용하여 지구 표면 아래 깊은 곳의 열을 포착한 다음 이를 전기로 변환하는 재생 에너지 형태의 비용 효율성을 잠재적으로 높일 수 있습니다.

PNNL은 Moselle Technologies와의 파트너십을 통해 이 기술을 더욱 개발하고 있습니다. Moselle Technologies는 이 기술에 대한 라이선스를 취득했으며 여러 위치에서 시범적으로 사용할 계획입니다.

이러한 노력과 후속 활동은 국립 연구소가 어떻게 상업 기관과 협력하여 실험실 연구를 실제 솔루션으로 전환하는지 보여주는 훌륭한 예입니다.

예를 들어, PNNL의 연구원들은 석유 및 가스 추출 프로세스에 잠재적으로 사용할 수 있는 자기 분리기 시스템에 대한 장기간 테스트를 수행하고 있으며, 이를 통해 생산 비용을 상쇄하기 위한 추가 수익원을 창출할 수 있습니다.

Moselle 외에도 다른 상업 파트너와 팀을 이루어 네바다와 캐나다의 리튬 자원에 대한 기술 사용을 평가하고 있습니다.

마지막으로, PNNL의 연구원들은 다양한 응용 분야를 염두에 두고 에너지 기술, 의료 영상 장치, 전자 제품 등에 사용되는 상업적으로 가치 있고 전략적으로 중요한 기타 요소와 광물을 특별히 표적으로 삼도록 나노입자 껍질을 맞춤화하고 있습니다.