Литий называют «белой нефтью» или «белым золотом» из-за его роли в энергетике и транспорте, а также из-за ограниченности ресурсов и высокой стоимости. Редкий металл приобретает все более решающее значение для национальных экономик, которые развернули за него борьбу. С начала десятилетия литий подорожал в разы и еще долго будет в дефиците из-за потребностей современных технологий. Эксперты уверены: страны, которые не смогут обеспечить себя основным сырьем, проиграют в технологической гонке.
Ученые нашли способ добычи лития из нефтегазовых месторождений с помощью растений
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина разработали биотехнологический метод извлечения лития из водных источников с помощью растений. Эксперименты подтвердили, что ценный металл можно извлечь из пластовых вод нефтегазовых месторождений.
Freepik
Новые технологии помогут России расширить сырьевую базу лития.
«Белая нефть»
Литий-ионные аккумуляторы необходимы для многих устройств, без которых трудно представить современный мир и его будущее: используются в батареях смартфонов, ноутбуков, электромобилей. Литий критичен для хранения энергии от возобновляемых источников. Солнечные панели и ветряные турбины зависят от погодных условий и работают нестабильно. Аккумуляторы накапливают излишки энергии для ее равномерного распределения.
Литий также необходим для создания легких и прочных сплавов в авиационной и космической промышленности: они снижают вес самолетов на 10-15%. Такие материалы крайне важны для космических аппаратов, где имеет значение каждый килограмм массы. Кроме того, металл используется в оптическом стекле для телескопов и лазерных систем, где требуется устойчивость к высоким температурам.
Большую роль редкий металл играет в атомной промышленности, особенно в термоядерной энергетике. Изотоп лития-6 используется для производства трития — топлива термоядерного синтеза.
По различным оценкам, мировой спрос на литий может вырасти в 2,5-3 раза в ближайшие 5 лет. При этом традиционные источники металла очень ограничены и сосредоточены в уникальных месторождениях литиевых руд Австралии и солончаковых озерах Китая, Чили, Аргентины.
Новые источники лития
В качестве актуального источника лития ученые рассматривают пластовые воды нефтегазовых месторождений — подземные воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород. Например, в пластовых водах отечественных месторождений Восточной Сибири зафиксированы концентрации лития от 180 до 380 ppm.
Гидроминеральное сырье попутно добывают при разработке месторождений нефти и газа. Доля воды в поднимаемой на поверхность жидкости довольно высока: для месторождений России она составляет от 20% до 98%. Пластовые воды богаты минеральными солями, однако до сих пор технологии их переработки почти не изучены. В процессе добычи углеводородов отделенная от нефти вода обычно закачивается обратно в тот пласт, из которого была извлечена.
Растения на службе у химиков
Для извлечения лития из гидроминерального сырья ученые Губкинского университета предложили использовать биосорбцию. Растения в процессе жизнедеятельности могут впитывать из растворов металл, который затем добывается из полученной биомассы. Литий не является важным фактором роста и развития растений, но его катионы, наряду с ионами натрия, калия, кальция и магния, могут легко усваиваться корнями растений через одним и те же транспортные системы.
Исследователи оценили способность сорбции лития у таких растений, как яровой рапс, горчица, люцерна и декоративная капуста. В лаборатории семена культивировали в почвенном субстрате. Затем побеги перемещали в резервуары с возможностью вариации питательной среды. В рамках экспериментов ученые оценивали способность растений накапливать литий в тканях, коэффициент биоаккумуляции металла и оказывающие влияние на сорбцию факторы.
Исследования подтвердили, что для извлечения лития подходит рапс. Растения выращивались на смеси пластовых вод и обычного питательного раствора, аккумулируя ценный металл в листьях и стебле.
На следующем этапе ученые планируют продолжить исследования оптимальных параметров использования биотехнологического метода добычи лития. Цель – создать технологическую схему процесса и приступить к пилотным и опытно-промышленным испытаниям.