Znajdź zawartość

Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej stoją na czele międzynarodowej grupy badawczej prowadzącej wraz z partnerami biznesowymi projekt, którego celem jest sprawdzenie możliwości pozyskiwania cennych metali z wód podziemnych. Uczeni zbadają solanki  znajdujące się na terenie Polski, Czech, Słowacji, Węgier, Hiszpanii i Portugalii. Projektem BrineRIS kieruje dr Magdalena Worsa-Kozak z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr. Uczeni przeprowadzą analizy 12 wybranych źródeł i będą badali możliwość pozyskiwania z nich np. litu jedną z trzech rozwijanych właśnie technologii. Lit jest tutaj szczególnie pożądanym metalem. Wykorzystuje się go m.in. do budowy akumulatorów samochodowych. W związku z rosnącą popularnością samochodów elektrycznych popyt na lit może do końca dekady wzrosnąć nawet pięciokrotnie. Obecnie znaczną część litu pozyskuje się ze zbiorników solankowych na wysoko położonych obszarach Boliwii, Argentyny czy Chile. Najpierw bogate w lit wody są pompowane do stawów ewaporacyjnych, tam przez kilka miesięcy woda odparowuje, następnie z osadu pozyskiwany jest węglan litu, który poddaje się kolejnym obróbkom. Jednak taki sposób pozyskiwania litu ma negatywny wpływ na środowisko naturalne. Stawy zajmują olbrzymie powierzchnie, prowadzi to też do obniżenia poziomu wód gruntowych z powodu wypompowywania solanek. Kolejnym problemem są środki chemiczne używane w tej metodzie. Dlatego też w wielu miejscach prowadzi się prace nad technologiami bezpośredniej ekstrakcji litu. Są one niezależne od pogody, ale problem stanowi cena energii elektrycznej używanej w tej metodzie. Rozwiązaniem może być sięgnięcie do solanek geotermalnych. Można by z nich uzyskiwać lit, a cały proces byłby zasilany energią pozyskiwaną z samej solanki. W ramach projektu BrineRIS analizowane będą dane dotyczące występowania solanek oraz ich składu, ze szczególnym uwzględnieniem litu, strontu i baru. Obecnie te dane są bardzo rozproszone. Nie ma jednego miejsca, w którym zainteresowany przedsiębiorca mógłby przejrzeć przekrojowo takie informacje. Do tego część np. badań składu chemicznego solanek została przeprowadzona w ramach projektów naukowych czy inwestycyjnych związanych z innymi tematami i te dane nie zostały nigdy przeanalizowane pod kątem odzysku pierwiastków, ani w jakiejkolwiek formie upublicznione, mówi dr Worsa-Kozak. Ponadto przeprowadzona zostanie analiza solanek pod kątem pozyskania z nich litu za pomocą jednej z trzech technologii. Elektrolitycznymi metodami pozyskiwania tego pierwiastka zajmą się naukowcy z Uniwersytetu Gandawskiego, technologią adsorbcyjną specjaliści z fińskiej służby GTK, a ekstrakcją rozpuszczalnikową GTK we współpracy z Politechniką Wrocławską. Będziemy także analizować te solanki, które mają niższe temperatury, czyli np. około 40 czy 60 stopni C. i w związku z tym nie nadają się do produkcji energii elektrycznej. Mogą natomiast być odpowiednie do produkcji ciepła i dlatego naukowcy z TU Freiberg będą klasyfikować te solanki, z których ciepło można byłoby wykorzystywać do poprawy samego procesu technologicznego, np. do podgrzania chłodniejszej wody i poprawy efektywności testowanych technologii, zmniejszając ich koszty, dodaje kierująca projektem. « powrót do artykułu

Wzrost popularności samochodów elektrycznych wiąże się ze zwiększonym zapotrzebowaniem na lit, wykorzystywany do produkcji akumulatorów. Co prawda jest on dość szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej, jednak tylko w niewielu miejscach występuje w takiej ilości i stężeniach, że opłaca się go pozyskiwać. Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda dokonali właśnie znacznego kroku na drodze do pozyskiwania litu z niemal niewyczerpanego źródła – wody morskiej. Obecnie każdego roku przemysł wykorzystuje ponad 160 000 ton litu. W następnej dekadzie zapotrzebowanie na ten pierwiastek będzie 10-krotnie wyższe niż obecnie. Tymczasem w niewielu krajach na świecie opłaca się go pozyskiwać. Największym światowym rezerwuarem litu jest boliwijski Salar de Uyuni, gdzie występuje ponad 5 milionów ton litu. Prawdopodobnie największe zasoby tego pierwiastka posiadają Chile (7,5 miliona ton), Chiny (3,5 miliona ton) oraz Australia (1,5 miliona ton). Kolosalne zasoby litu – szacowane na 180 miliardów ton – znajdują się w wodzie morskiej. Występują tam jednak w niezwykle małym stężeniu wynoszącym 0,2 części na milion. Dla porównania, w Salar de Uyuni koncentracja litu sięga nawet 280 ppm, jest więc 1400-krotnie większa niż w wodzie morskiej. Dotychczas naukowcy opracowali wiele filtrów i membran, za pomocą których próbują pozyskiwać lit z wody morskiej. Jednak techniki te bazują na odparowywaniu wody w celu zwiększenia koncentracji litu, a to z kolei wymaga czasu i olbrzymich powierzchni. Z kolei Jang Wook Choi, inżynier z Seulskiego Uniwersytetu Narodowego próbował wraz z zespołem pozyskiwać lit za pomocą akumulatorów litowych. Ich pomysł polegał na zanurzeniu elektrod w wodzie, co prowadziło do przyciągnięcia jonów litu do elektrody. Problem jednak w tym, że przyciągany był również sód, którego w wodzie morskiej jest 100 000 razy więcej niż litu. To zaś prowadziło do całkowitego zagłuszenia litu przez sód. Teraz Yi Cui i jego zespól z Uniwersytetu Stanforda postanowili spowodować, by materiał wykorzystany do elektrod bardziej selektywnie przyciągał pierwiastki. Najpierw pokryli elektrodę cienką warstwą dwutenku tytanu. Jako, że jony litu są mniejsze od jonów sodu, łatwiej im przedostać się przez taką barierę. Ponadto naukowcy zmienili sposób podawania napięcia do elektrody. Zamiast podawać do elektrody stałe napięcie ujemne, jak to robili inni, zmieniali je. Najpierw podawali napięcie ujemne, później na chwilę wyłączali elektrodę, następnie podawali napięcie dodatnie, wyłączali i powtarzali cały cykl. Jak wyjaśnia Cui, takie manipulacje napięciem powodowały, że jony sodu i litu poruszały się do elektrody, zatrzymywały się i poruszały się od elektrody. Jednak, jako że materiał elektrody miał nieco większe powinowactwo do litu, jony litu były tymi, które pierwsze do elektrody trafiały i ostatnie ją opuszczały. Po 10 takich cyklach, które w sumie trwały kilka minut, stosunek jonów litu do sodu wynosił 1:1. To znaczący postęp, przyznaje Choi. Nowa technologia wciąż prawdopodobnie nie jest konkurencyjna ekonomicznie w porównaniu z obecnie stosowanymi metodami. Jednak Chong Liu z University of Chicago, która w przeszłości współpracowała z Cui, zapowiada, że spróbuje wykorzystać inny typ elektrod i być może uda się osiągnąć lepsze wyniki. Z kolei Choi dodaje, że nowa technologia może przydać się przy odzyskiwaniu litu ze zużytych akumulatorów. « powrót do artykułu

Grafen ma wiele niezwykłych właściwości, jednak nie jest materiałem piezoelektrycznym. Piezoelektryczność to właściwość niektórych materiałów, polegająca na tym, że przy zginaniu, ściskaniu i skręcaniu materiały te produkują ładunki elektryczne. Występuje też zależność odwrotna - pole elektryczne wywołuje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, dając nad nim duża kontrolę. W ACS Nano ukazał się artykuł, w którym dwóch inżynierów ze Stanford University opisuje, w jaki sposób nadali grafenowi właściwości piezoelektryczne. Fizyczne deformacje, jakie możemy tworzyć, są wprost proporcjonalne do przyłożonego pola elektrycznego, co daje nam niedostępną wcześniej możliwość kontrolowania elektroniki w nanoskali - stwierdził Evan Reed, szef Materials Computation and Theory Group i główny autor badań. To pozwala mieć nadzieję, na zrealizowanie koncepcji ‚straintroniki’, zwanej tak ze względu na sposób, w jaki pole elektryczne w sposób przewidywalny zmienia kształt sieci krystalicznej węgla - dodał uczony. Mitchell Ong, autor artykułu w ACS Nano, uważa, że „piezoelektryczny grafen może może zapewnić niedostępny dotychczas stopień elektrycznej, mechanicznej i optycznej kontorli nad różnymi urządzeniami, od ekranów dotykowych po nanotranzystory“. Za pomocą symulacji przeprowadzanych na superkomputerach, inżynierowie sprawdzali skutki domieszkowania grafenu po jednej lub obu stronach sieci krystalicznej. Modelowano domieszkowanie litem, wodorem, potasem i fluorem oraz ich kombinacjami. Wyniki zaskoczyły naukowców. Sądziliśmy, że pojawi się efekt piezoelektryczny, ale będzie on słaby. Tymczasem jest on podobny do występującego w tradycyjnych materiałach - mówi Reed.

Wydawałoby się, że trudno o bardziej przewidywalny pierwiastek niż lit - najlżejszy metal, o licznie atomowej zaledwie 3. Tymczasem okazało się, że zachowanie litu bywa nieprzewidywalne i zależy od zjawisk kwantowych. W warunkach pokojowych lit przybiera formę kryształu o strukturze romboedru, przy wyższym ciśnieniu i temperaturze zmieniającą się w układ regularny (sześcienny) centrowany ściennie lub przestrzennie. Są to najprostsze struktury krystaliczne, nie spodziewano się więc żadnych niespodzianej przy innych warunkach, dopóki w ciągu ostatnich kilku lat nie zaobserwowano kilku zaskakujących anomalii, jak przejście z metalu do półprzewodnika w niskiej temperaturze, a poniżej 17 Kelwinów nawet nadprzewodnika. Uczeni z University of Edinburgh oraz Carnegie Institution of Washington doszli do wniosku, że dane na temat zachowania litu są niekompletne i poddali go testom w szerokim zakresie: aż do ciśnienia 1,3 Mbara i w zakresie temperatur od 77 do 300 Kelwinów. Wyniki okazały się bardzo ciekawe. Pierwszą niespodzianką była temperatura topnienia, który w większości materiałów rośnie wraz z ciśnieniem i nawet dla najlżejszych gazów: wodoru i helu wynosi 1000 Kelwinów przy ciśnieniu 0,5 Mbara, zaś lit przy takim ciśnieniu pozostaje w stanie ciekłym aż do zdumiewająco niskiej temperatury 190 K - to najniższa temperatura topnienia przy takim ciśnieniu, jaką zaobserwowano dla jakiegokolwiek materiału. Kolejne niespodzianki czekały przy podnoszeniu ciśnienia powyżej 0,6 Mbara. Tak ściskany lit zmienia swoją strukturę krystalograficzną na bardziej skomplikowaną, przyjmując postaci z 40, 88 i 24 atomami na pojedynczy element kryształu. Struktury złożone z 40 i 88 atomów nie mieściły się nawet w teoretycznych przewidywaniach. Wygląd wykresy zależności stanu litu od temperatury i ciśnienia, zwłaszcza zaś zaskakująco niska temperatura topnienia są wynikiem tego, że w jego zachowaniu przy wysokim ciśnieniu zaczynają przeważać efekty kwantowe. Eksperymenty przeprowadzano w laboratoriach U.S. Department of Energy Office of Science's Advanced Photon Source (APS) w Argonne, oraz w European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) we francuskim Grenoble; wyniki badań opublikowano w Nature Physics.

Japońscy naukowcy porównywali zawartość litu w kranówce z częstotliwością samobójstw w prefekturze Ōita, na terenie której mieszka ponad milion osób. Doszli przy tym do ciekawych wniosków. Okazało się bowiem, że w rejonach, gdzie w wodzie stwierdzano najwięcej tego pierwiastka, liczba samobójstw była znacząco mniejsza (British Journal of Psychiatry). Lit jest wykorzystywany w leczeniu zaburzeń nastroju już od dawna. Naukowcy z Uniwersytetów w Hiroszimie i Ōicie (stolicy prefektury) twierdzą jednak, że nawet stosunkowo niskie dawki Li – rzędu 0,7-59 mikrogramów na litr - zmniejszają liczbę samobójstw. Wydaje się, że w grę wchodzi efekt kumulacyjny. Przez lata picia wody o określonym składzie pierwiastek gromadzi się w organizmie i korzystnie oddziałuje na mózg. Jedno z przeprowadzonych wcześniej badań również wskazuje na związek pomiędzy piciem wody z litem a liczbą samobójstw. Dane, które zebrano w latach 80., sugerują, że na obszarach obfitujących w Li popełniano ich mniej. Japończycy zachęcają kolegów z innych krajów, by przyjrzeli się temu zjawisku na swoim terenie. Pamiętając przebieg debaty na temat fluorkowania wody pitnej, akademicy z Kraju Kwitnącej Wiśni nie posunęli się do tego, żeby zachęcać do stosowania litu podczas uzdatniania w zakładach wodociągowych. Dla części ekspertów jest to dobre rozwiązanie, inni podkreślają, że w większych stężeniach lit daje nieprzyjemne efekty uboczne i może być toksyczny.

Mieszkańcy Japonii mieli okazję obejrzeć ostatnio na niebie niezwykłe widowisko. Dzięki pracom naukowców z Japońskiej Agencji Badań Kosmicznych (JAXA), Uniwersytetu Hokkaido i Uniwersytetu Technicznego Kochi mogli bowiem zobaczyć kosmiczne fajerwerki. Naukowcom nie chodziło bynajmniej o zabawę, lecz o eksperymentalne badania atmosfery. Przy okazji jednak doszło do prawdziwego widowiska. Przez kilkanaście sekund na nocnym niebie było widać trzy kolejno zapalające się na czerwono kule. Podczas pierwszych kilku sekund były one tak jasne jak księżyc. Te kule to opary litu wypuszczone w jonosferze przez rakietę, która została wystrzelona w celu prowadzenia wspomnianych badań. Kule płonęły na wysokości od 100 do 250 kilometrów nad naszą planetą. Prowadzenie badań na tych wysokościach jest trudne, gdyż satelity powinny pozostawać na wysokości ponad 250 kilometrów a balony nie wznoszą się powyżej 50 km. Rakieta S-520 została wystrzelona z Centrum Kosmicznego Uchinoura. Przemieściła się po łuku i gdy zaczęła opadać, uwolniła na wysokości 250 kilometrów pierwszą porcję litu. Czterdzieści sekund później, na wysokości 200 kilometrów rozbłysła kolejna litowa chmura. Minęło kolejne 40 sekund i 150 kilometrów nad głowami Japończycy mogli zobaczyć jeszcze jeden rozbłysk. Naukowcy obserwowali i analizowali rozbłyski, a mieszkańcy Tokio żałowali, że chmury uniemożliwiły im obejrzenie kosmicznych fajerwerków. Zdjęcia z "pokazu" można zobaczyć w Sieci.

Wreszcie udało się wyjaśnić, co się stało z brakującym od czasów Wielkiego Wybuchu litem. Okazało się, że pochłaniają go gwiazdy. Rozbieżność między ilością litu, która według wyliczeń miała powstać na początku wszechświata, a znajdowaną obecnie jego "garstką" wprawiała astronomów w zakłopotanie, stawiając pod znakiem zapytania fundamentalną teorię planetarną. Teoria głosiła, że podczas Wielkiego Wybuchu z podstawowych składników, helu i wodoru, powstało do 3 razy więcej litu, który wchodzi teraz w skład starszych gwiazd. Zespół Obserwatorium Astronomicznego w Uppsali uważa, że rozwiązał zagadkę brakującego litu. Szwedzcy naukowcy twierdzą, że o ile inne pierwiastki weszły w skład najróżniejszych obiektów kosmicznych, to lit został "ściągnięty" przez gwiazdy i uległ w nich zniszczeniu, gdy temperatura przekroczyła 2 miliony stopni. Swoje twierdzenia uczeni wysunęli na podstawie obserwacji 18 gwiazd w różnym wieku. Na ich podstawie obliczyli, że wyjściowa ilość litu była o 78% wyższa niż obecnie. To wyjaśnia różnice pomiędzy teorią Wielkiego Wybuchu a stanem obecnym.