Des scientifiques extraient "magiquement" des métaux de l'eau

Par Steven Ashby, Pacific Northwest National Laboratory6 mai 2022

L'ingénieur chimiste du PNNL, Jian Liu, observe l'équipement de laboratoire utilisé pour extraire les éléments de terres rares de diverses sources d'eau. Ce système de boucle de séparation magnétique fonctionne en tandem avec de minuscules particules magnétiques qui sont ajoutées à l'eau, extrayant rapidement l'élément pour une extraction facile. Crédit : Photo d'Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Les alchimistes ont cherché à transformer le plomb en or il y a des siècles. Bien qu'ils n'aient pas réussi, l'idée d'extraire des ressources précieuses de sources abondantes reste séduisante.

Les scientifiques du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) du Département de l'énergie collaborent avec l'industrie pour tester une méthode qui utilise des nanoparticules magnétiques pour extraire des minéraux importants comme le lithium de diverses sources d'eau.

Le lithium est un ingrédient essentiel dans de nombreuses technologies électroniques et énergétiques, y compris les batteries lithium-ion légères qui alimentent tout, des téléphones portables aux véhicules électriques.

Crédit : Vidéo du Pacific Northwest National Laboratory

Le marché mondial du lithium devrait atteindre 8,2 milliards de dollars d'ici 2028, mais très peu est produit aux États-Unis.

Non seulement la technologie en instance de brevet de PNNL donne potentiellement aux États-Unis la possibilité de produire davantage de leur propre lithium et d'autres matériaux critiques, mais elle offre également un moyen beaucoup plus rapide et moins coûteux de le faire. Le PNNL développe des nanoparticules magnétiques entourées d'une coque adsorbante qui se fixe sur le lithium et d'autres métaux présents dans l'eau associée à divers procédés industriels.

Ces sources pourraient inclure l'eau des centrales géothermiques, connue sous le nom de saumures géothermiques, ou l'eau extraite du sous-sol pendant la production de pétrole ou de gaz. Les particules pourraient également être utilisées dans les effluents des usines de dessalement, voire directement de l'eau de mer. Une fois que les minuscules particules à base de fer sont ajoutées à l'eau, le lithium est extrait de l'eau et se lie à elles. Ensuite, à l'aide d'un aimant, les nanoparticules peuvent être collectées en quelques minutes avec le lithium qui fait du stop, n'est plus en suspension dans le liquide et prêt pour une extraction facile. Une fois le lithium extrait, les nanoparticules rechargées peuvent être réutilisées.

Cette technologie offre une alternative prometteuse aux méthodes d'extraction conventionnelles qui pompent les eaux souterraines dans de grands bassins d'évaporation coûteux. Ces processus peuvent prendre des mois voire des années et avoir un impact sur la gestion des eaux souterraines dans les régions arides où ils sont principalement déployés.

Alors que le processus PNNL se met immédiatement au travail, les processus d'aujourd'hui sont un peu comme attendre que l'eau s'évapore d'un pichet de limonade dans l'espoir de récupérer le mélange en poudre qui se dépose au fond. Si cette technologie était déployée dans des centrales géothermiques, la valeur du lithium récupéré pourrait potentiellement augmenter la rentabilité de cette forme d'énergie renouvelable, qui utilise l'eau pour capter la chaleur profondément sous la surface de la Terre, puis la convertit en électricité.

Le PNNL poursuit le développement de cette technologie en partenariat avec Moselle Technologies, qui l'a licenciée et prévoit de la piloter sur plusieurs sites.

Cet effort et les activités de suivi sont d'excellents exemples de la manière dont les laboratoires nationaux collaborent avec des entités commerciales pour transformer la recherche en laboratoire en solutions concrètes.

Par exemple, les chercheurs du PNNL mènent des tests de longue durée du système de séparateur magnétique pour une utilisation potentielle avec les processus d'extraction de pétrole et de gaz, ce qui pourrait créer un flux de revenus supplémentaire pour compenser les coûts de production.

En plus de la Moselle, ils s'associent à d'autres partenaires commerciaux pour évaluer l'utilisation de la technologie pour leurs ressources en lithium au Nevada et au Canada.

Enfin, avec un œil sur un ensemble différent d'applications, les chercheurs du PNNL personnalisent l'enveloppe de la nanoparticule pour cibler spécifiquement d'autres éléments et minéraux commercialement importants et stratégiquement importants utilisés dans les technologies énergétiques, les dispositifs d'imagerie médicale, l'électronique et plus encore.

Par exemple, ils collaborent avec Moselle et Geo40 pour explorer la possibilité d'extraire le césium et l'antimoine des saumures géothermiques dans une centrale géothermique en Nouvelle-Zélande.

Bien qu'aucun de ces efforts ne soit assimilable à de la sorcellerie, on pourrait pardonner aux alchimistes d'autrefois d'avoir confondu cette merveille de la chimie avec de la magie.

L'approche novatrice du PNNL est vraiment remarquable. Il offre la promesse d'extraire des minéraux critiques de manière rapide et rentable. Et une telle innovation pourrait bien valoir son pesant d'or.