廃棄物から価値へのブレークスルー
ライス大学の化学者たちは、有毒なPFAS化合物を破壊しながら同時にかん水からバッテリーグレードのリチウムを抽出する注目すべきプロセスを実証しました。Nature Waterに発表されたこの研究は、環境上の2つの最も重大な課題に単一ステップで取り組むことができます。これは両方の有害廃棄物処理とリチウム供給チェーンを再形成する可能性があります。
化学者James Tour と研究者Yi Chengが率いるチームは、汚染された水と消火泡からPFASをろ過するために使用される材料である、使用済み活性炭——容量に達すると一度有害廃棄物として扱われる——をフッ素原子の供給源として使用するメソッドを開発しました。ライスの研究者たちはそれを未利用のリソースと見ました。
Flash Joule Heatingがどのように機能するか
このプロセスはFlash Joule Heatingを中心とし、Tour's labで開拓された技術で、高エネルギー電気パルスを材料に送り込み、ミリ秒で1,000度を超える温度を駆動します。PFAS由来の活性炭が高塩分かん水と混合され、これらのパルスにさらされると、環境内で持続するのを非常に困難にするPFASの悪名高い強い炭素フッ素結合がスナップされます。
一度解放されると、解放されたフッ素原子はかん水中に存在するリチウムカチオンと結合し、フッ化リチウムを形成します。研究者はその後、1,676〜2,260度の温度で2番目のflash加熱ステップを適用し、マグネシウムおよびカルシウムフッ化物などのより重い不純物が固相に残っている間、フッ化リチウムを選択的に気化させました。
この急速なflash蒸留は、従来の蒸発池法に必要な数ヶ月ではなく、数秒で99パーセントの純度と82パーセントの回収率を達成しました。
実世界のバッテリーパフォーマンスが検証された
チームは回収されたフッ化リチウムを標準的なリチウムイオンバッテリー電解質に統合することにより、概念実証を超えました。広範なテストにより、このリサイクル材料を使用したバッテリーが従来のソースからのフッ化リチウムを使用したバッテリーと同等またはそれを超える安定性とパフォーマンスを一致させることを確認しました。
この検証は商用採用に重要です。バッテリー製造業者は厳格な純度基準を満たす材料を必要とし、ライスプロセスは従来のリチウム鉱業よりも大きな環境上の利点を提供しながら、その面で配信します。
一度に2つの問題を解決する
従来のリチウムかん水抽出は、南米、オーストラリア、および中国の多くの場合乾燥地域で数十億ガロンの水を消費する大規模な蒸発池を含みます。プロセスは12〜18ヶ月かかり、濃縮された廃棄物ストリームを残します。ライス法は著しく低い水とエネルギー消費でミリ秒で動作します。
一方、PFAS汚染は世界中の何千もの地域社会に影響を与えます。これらのperfluoroalkyl およびpolyfluoroalkyl物質は自然な分解に抵抗し、土壌、地下水、および生物体に蓄積します。現在の修復は、焼却またはランドフィルする必要がある危険な廃棄物炭のトンを生成します。その廃棄物をリチウム製造の原料に変換することにより、ライスプロセスは以前は廃棄責任だったものから経済的価値を生成します。
電気自動車への世界的な需要がリチウムの需要に応じて急増し続け、米国とヨーロッパ全体でPFAS汚染に規制圧力が強まると、この二重の目的のアプローチは両方の業界にとって変革的であることが判明する可能性があります。
スケーリングの課題が前に
実験室の結果は有望ですが、Flash Joule Heatingを産業規模にスケーリングしているはエンジニアリングチャレンジを提示しています。この技術は電気パルスと温度ウィンドウの正確な制御を必要とし、PFAS飽和炭素の可用性は水修復努力のペースに依存しています。それにもかかわらず、研究者は、基本が商用開発のために健全であり、経済的インセンティブ——有害廃棄物を破壊しながら高価値商品を生産する——産業パートナーを引き付ける方法で整列していると考えています。
この記事は興味深いエンジニアリングによるレポートに基づいています。元の記事を読む。
