Первый день Выставки V Конгресса молодых учёных в Научно-технологическом университете "Сириус" представил на всеобщее обозрение невероятное количество научных разработок, стартапов, готовых коммерческих продуктов и инженерных решений. Среди многочисленных технологических новинок, которые мы обязательно обсудим на канале, молодые учёные Университета ИТМО продемонстрировали готовый прототип извлечения лития из воды. Устройство невероятно дешёвое. Работает с попутными водами в местах нефтедобычи. Оно позволяет до момента возвращения воды обратно в пласт, извлечь из неё практически весь литий. Добытый столь недорогим спососбом металл используется в производстве аккумуляторов.
Первый день широкомасштабного и в полной мере международного мероприятия, посвящённого Десятилетию науки и технологий, охватившего 88 регионов России и вызвавшего интерес у почти 90 стран мира, выдал такое количество техноновинок, что у меня разбежались глаза. Хотелось поговорить со всеми 8000 участников и сразу обо всём. Первое, на что я обратил внимание, была обычная мембрана, похожая на цилиндрический фильтр, который большинство из нас устанавливает или видел в домашних системах очистки воды. На деле оказалось всё не так просто.
Smart Membrane - фильтр "очистки" лития от воды.
В разговоре с Марией Мошковой, представителем стенда Университета ИТМО, молодой учёный рассказала, что в местах добычи нефти методом гидроразрыва совместно с полезными ископаемыми на поверхность выходит вода в виде эмульсии. Нефть идёт на свою переработку, а вода закачивается обратно в пласт, чтобы не нарушать его характеристик.
В этой воде были обнаружены другие полезные ископаемые, в частности натрий и литий. Литий, востребованный в производстве элементов питания металл, вызвал наибольший интерес. А возможность его извлечения из воды максимально простым и дешёвым спососбом стал финалом разработки круга молодых учёных Университета.
На фото ниже представлен стенд с уменьшенным, но вполне рабочим образцом фильтра, извлекающим литий из воды, выходящей из скважин нефтедобычи.
На самом деле, размер рабочего фильтра многократно превосходит представленный образец. Он размером с огромную железнодорожную цистерну и выглядит как двухметровая колонна.На снимке, в колбе слева представлен образец воды до момента фильтрации, затем установлены образцы фильтрующих элементов и завершает композицию карбонат лития - результат очистки. Самое главное то, что из воды извлекается только литий. Всё остальное возвращается снова в скважину.
Из самых дорогих материалов, используемых в фильтрации, присутствует сорбент, сода и углекислый газ. Углекислый газ, взаимодействуя с литием, осаждается в виде карбоната лития. Далее этот материал отправляется на производство аккумуляторов.
Принцип работы.
Молодые специалисты Университета ИМТО разработали сорбент, позволяющий отобрать из воды ценный литий. Фактически, они предложили возвращать воду обратно в пласт нефтедобычи не напрямую, а через дополнительную ветку очистки.
Сперва вода, вышедшая на поверхность с нефтью, отстаивается примерно сутки. Затем она проходит грубую очистку, во время которой удаляются кальций, магний и иные крупные примеси. После грубой очистки жидкость попадает на мембрану, пропускающую исключительно хлорид лития. Все остальные примеси задерживаются мембраной. На этом этапе пропускаемый хлорид лития имеет невероятную чистоту - 98%!
Далее вода проходит процесс карбонизации (взаимодействие с углекислым газом). Происходит это при небольшом нагревании - примерно до 30°С, а результат процесса выпадает в осадок. Итогом очистки становится карбонат лития - то самое вещество, которое используется при создании литиевых аккумуляторов. Оставшуюся воду возвращают обратно в пласт.
В среднем из такой воды удаётся извлечь примерно 500 мг лития на 1 литр жидкости.
Я очень надеюсь, что эта технология приживётся в нашей стране. На первом этапе не обойдётся без крупного финансирования на организацию дополнительной ветки фильтрации воды до момента её возвращения обратно в пласт.
Разработанный молодыми учёными сорбент получился крайне дешёвым. По словам Марии: расчёты цены составили 40 рублей за килограмм. Добавим сюда недорогую соду и углекислый газ и получим дешёвую добычу лития.
Повлияет на внедрение процесса очистки недорогая стоимость получения лития, который в настоящее время очень востребован рынком. Реализуя металл на международном рынке, можно быстро окупить внедрение процесса очистки и начать извлекать прибыль.
Вопрос с подвохом.
Любое производство так или иначе негативно отражается на окружающей среде. Я знал, что мой вопрос может поставить молодого учёного в неудобное положение, тем не менее задал его.
Что делать, когда фильтр отработал свой ресурс?
Одного фильтра хватает на 50 рабочих циклов. Далее фильтр отправляется на переработку, благо, что он состоит из полимерного волокна, которое мы умеем перерабатывать. Единственную сложность в фильтре представляет селективное покрытие, которое необходимо отделить от полимера до момента переработки. Эта задача пока находится в стадии решения.
Полное интервью с молодым учёным-разработчиком Вы можете посмотреть в видеоролике ниже:
Итог.
От идеи до промышленной реализации прошло ровно два года. Разработка и производство полностью российские, как и литий в наших батарейках.
Все мы каждый день используем смартфоны, планшеты, ноутбуки или другие мобильные устройства. В каждом из них, даже самых маленьких - TWS-наушниках или смарт-часах, установлены литий-ионные батареи. Недорогое получение столь важного для элементов питания металла позволяет сократить затраты на производство аккумуляторов, а значит сделать дешевле и всё устройство в целом.
Может быть интересно:
Статья подготовлена в рамках проекта Дзен, посвящённого выставке V Конгресса молодых учёных.
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.