Er is geen twijfel dat we de komende jaren veel lithium nodig hebben. De groeiende markt van elektrische auto's, plus nieuwe huishoudelijke energieopslag en grootschalige batterijparken, en het huidige gebrek aan een betere technologie voor opslag dan lithium-ionbatterijen, legt de toekomst van energieopslag in handen van slechts een paar plaatsen rond de wereld waar het alkalimetaal wordt gewonnen.
Eerder dit decennium voorspelden onderzoekers van de Universiteit van Michigan de groei van de vraag naar lithium tot het jaar 2100. Het is veel - waarschijnlijk ergens tussen de 12 miljoen en 20 miljoen ton - maar diezelfde wetenschappers, evenals anderen, bij de USGS en elders hebben geschat dat wereldwijde deposito's die aantallen ruimschoots overtreffen. Het probleem is dus niet de aanwezigheid van lithium op aarde, maar het kunnen bereiken. Het meeste van wat we gebruiken komt momenteel uit slechts enkele bronnen, voornamelijk in Chili en Australië, die 75 procent van het lithium produceren dat de wereld gebruikt, en ook door Argentinië en China, volgens USGS-onderzoek uit 2016.
Om dit probleem op te lossen, gingen geologen van Stanford op zoek naar nieuwe bronnen van het metaal. Ze wisten dat het afkomstig is van vulkanisch gesteente, en dus gingen ze naar de grootste vulkanen die ze konden vinden: Supervolcanoes, die niet lijken op een berg met een gat erin, maar een grote, brede, ketelvormige caldera waar een grootschalige uitbarsting gebeurde miljoenen jaren geleden. Daar zagen ze hoge concentraties lithium in een soort vulkanische klei genaamd hectoriet. Geologen wisten over het algemeen al dat lithium uit vulkanisch gesteente kwam, maar het team van Stanford kon het meten op onverwachte locaties en hoeveelheden die een breder scala aan potentiële locaties ontsluiten.
"Het blijkt dat je niet echt superhoge concentraties lithium in het magma nodig hebt", zegt Gail Mahood, professor Stanford geologie en auteur van de studie in Nature Communications over de ontdekking. “Veel van de vulkanen die in de westelijke VS uitbarsten, zouden genoeg lithium hebben om een economische afzetting te produceren, zolang de uitbarsting groot genoeg is ... en zolang [het] een situatie creëerde waarin je het lithium kon concentreren dat werd uitgeloogd van de rotsen. "
Lithium wordt gewonnen uit deze witte rotsen, sedimenten van calderameren. (Tom Benson) Momenteel is het grootste deel van het lithium dat we gebruiken afkomstig van zoutoplossing, zout grondwater geladen met lithium. Vulkanische gesteenten geven hun lithium op als regenwater of heet hydrothermisch water het uit hen uitlogt. Het loopt bergafwaarts naar grote, geologische bassins waar de aardkorst zich eigenlijk uitstrekt en zakt. Wanneer dat gebeurt in bijzonder droge gebieden, verdampt het water sneller dan het zich kan ophopen en krijg je steeds hogere concentraties lithium. Dit is de reden waarom de beste lithiumafzettingen tot nu toe zijn geweest op plaatsen zoals Clayton Valley, Nevada en de Atacama-woestijn in Chili. Het consolideert in een vloeibare pekel onder het droge woestijnoppervlak, dat uit de grond wordt gepompt, verder wordt gecondenseerd in verdampingspoelen en wordt geëxtraheerd uit de pekel in chemische fabrieken.
LeeAnn Munk, een geoloog aan de Universiteit van Alaska, werkt al jaren aan een 'geologisch recept' van de omstandigheden waaronder lithium pekel wordt gevormd, en haar team is de eerste die dit ertsafzettingsmodel beschrijft - de vulkanische actie, de tektonische structuur, het droge klimaat, enz. Haar werk, dat haar vaak combineert met de USGS, is gericht op pekel.
Maar pekel is slechts een van de manieren waarop lithium wordt gevonden. Het is bekend dat het metaal kan worden gevonden in massief gesteente genaamd pegmatiet en in hectoriet. Hectoriet is geen klei zoals je zou gebruiken om een pot te maken, maar een uitgedroogde, gelaagde, witte asachtige stof die werd gevormd als gevolg van hydrothermische actie nadat de vulkaan uitbarstte. De klei absorbeert en hecht lithium dat is uitgeloogd uit het vulkanische gesteente. Omdat deze vulkanen oud zijn - de meest opvallende is misschien het 16 miljoen jaar oude McDermitt vulkanische veld in Kings Valley, Nevada - is het land verschoven en wordt de klei vaak niet in een bassin gevonden, maar blootgelegd, op hoge woestijn bergketens.
"[Mahood en haar team] hebben vastgesteld hoe lithium wordt vastgehouden in deze vulkanische gesteenten met een hoog siliciumgehalte", zegt Munk. “Het helpt ons verder te begrijpen waar lithium voorkomt, in de aarde. Als we dat niet volledig begrijpen, kunnen we moeilijk bepalen hoeveel lithium we hebben en hoeveel lithium we daadwerkelijk kunnen extraheren. Ze hebben geholpen het begrip te vergroten van waar lithium in de korst voorkomt. "
Andere locaties geïdentificeerd door Mahood's groep zijn Sonora, Mexico, de Yellowstone caldera en Pantelleria, een eiland in de Middellandse Zee. Elk toonde verschillende concentraties lithium, die de onderzoekers konden correleren met de concentratie van de gemakkelijker waarneembare elementen rubidium en zirkonium, wat betekent dat deze in de toekomst kunnen worden gebruikt als indicatoren bij het zoeken naar verder lithium.
Maar er is meer aan de hand dan alleen op zoek naar lithiumrijke supervolcano-locaties. "Het probleem op dit moment is dat er echt geen bestaande technologie is op een schaal die groot genoeg is om het lithium uit de klei te halen die economisch is", zegt Munk. "Het kan iets zijn dat in de toekomst gebeurt."
Mahood erkent dit. "Voor zover ik weet, hebben mensen geen proces op commerciële schaal uitgewerkt voor het verwijderen van lithium uit hectoriet, " zegt ze. “De ironie van dit alles is dat de hectoriet nu wordt gedolven, maar het wordt niet echt gedolven voor het lithium. Waar ze het voor ontginnen is hectoriet als klei, en hectorietkleien hebben ongebruikelijke eigenschappen doordat ze stabiel tot zeer hoge temperaturen zijn. Dus de aanbetaling in King's Valley wordt nu gedolven om speciale boorsuspensies te maken die worden gebruikt in de aardgas- en olie-industrie. ”
Maar het winnen van lithium uit pekel is ook duur, vooral in de hoeveelheid zoet water die het nodig heeft, op plaatsen waar water schaars is. Er is waarschijnlijk genoeg lithium om rond te gaan, zegt Mahood, maar je wilt niet dat alles uit één bron komt. "Je wilt dat het afkomstig is van verschillende plaatsen, zowel in landen als in bedrijven, " zegt ze, "zodat je nooit gegijzeld wordt door de prijsbepalingen van één land."
