Nowozelandzcy inżynierowie opracowali proces produkcji baterii bez odpadów

Oliwin to niepozorny minerał o barwie oliwkowobrązowej lub żółtozielonej. Twardy, lecz kruchy, jest uważany za najpowszechniej występujący składnik górnego płaszcza Ziemi. Pod względem chemicznym to krzemian magnezu i żelaza, zawierający także inne pierwiastki. Jego wartość rynkowa jest znikoma – sporadycznie wykorzystuje się go w jubilerstwie, metalurgii, ceramice czy jako kruszywo w budownictwie drogowym. W niektórych kopalniach stanowi wręcz odpad składowany na powierzchni.

Nie jest to więc oczywisty surowiec do wytwarzania materiałów bateryjnych. A jednak grupa inżynierów z Nowej Zelandii widzi w nim ogromny potencjał. Firma Aspiring Materials z Christchurch opracowała opatentowany proces chemiczny, który pozwala pozyskiwać z oliwinu cenne minerały, nie pozostawiając szkodliwych odpadów. Najbardziej pożądanym produktem tego procesu jest trudno dostępny wodorotlenek niklowo-manganowo-kobaltowy (NMC) – kluczowy składnik współczesnych baterii litowo-jonowych.

Zrównoważone pozyskiwanie minerałów

Pilotażowa instalacja Aspiring, uruchomiona w lutym, znajduje się na obrzeżach Christchurch. W jej centrum stoi duży, stalowy zbiornik połączony z szeregiem mniejszych, ustawionych kaskadowo. – Poza naszym systemem elektrolizy sprzęt przypomina raczej wyposażenie zakładów mleczarskich. Proces jest elegancki, ale nieskomplikowany. Wystarczą skała, woda i odnawialna energia, a emisja CO₂ jest zerowa – mówi Colum Rice, dyrektor ds. komercyjnych.

Surowcem jest pył oliwinowy – drobny, szarozielony proszek, będący odpadem przy produkcji piasków ogniotrwałych. Trafia on do największego zbiornika, gdzie miesza się go z kwasem siarkowym, tworząc „elementarną zupę”. Następnie, dzięki dodatkom sody kaustycznej i precyzyjnej kontroli temperatury oraz rozmiaru cząstek, z roztworu wyodrębnia się trzy produkty:

• ok. 50% – krzemionka, mogąca zastąpić część cementu portlandzkiego,

• ok. 40% – związek magnezu wykorzystywany m.in. w sekwestracji CO₂, oczyszczaniu ścieków czy w przemyśle metalurgicznym,

• ok. 10% – mieszanina żelaza z niewielką ilością wodorotlenku NMC, stosowanego w bateriach.

Końcowym odpadem jest jedynie solanka, która w elektrolizerze pozwala odzyskać kwas i zasady użyte w procesie, tworząc zamknięty obieg.

Obecnie separacja produktów odbywa się etapami, jednak firma planuje wprowadzenie równoległych linii reakcyjnych, co skróci czas produkcji z trzech dni do jednego.

Znaczenie NMC w produkcji baterii

Wodorotlenek NMC jest powszechnie stosowany w katodach akumulatorów litowo-jonowych o dużej gęstości energii, używanych w pojazdach elektrycznych, magazynach energii czy elektronarzędziach. Problemem jest dostęp do surowców – nikiel wydobywa się głównie w Indonezji, mangan w RPA (przetwarzany głównie w Chinach), a kobalt w Demokratycznej Republice Konga, również rafinowany w Chinach. Zależność od tych regionów budzi obawy związane z monopolem, stabilnością dostaw, prawami człowieka i wpływem na środowisko.

Choć NMC stanowi jedynie około 1% produktów Aspiring, jego pozyskiwanie z odpadów skalnych może w przyszłości ograniczyć problemy z dostawami. Jak podkreśla ekspert ds. surowców krytycznych Jim Goddin, kraje rozwinięte coraz częściej szukają sposobów na dywersyfikację łańcuchów dostaw oraz rozwój gospodarki o obiegu zamkniętym.

Wyzwania i perspektywy

Aspiring nie jest jedyną firmą pracującą nad podobnymi technologiami. Kanadyjska spółka Atlas Materials rozwija proces zamkniętego obiegu oparty na serpentynicie. Zdaniem prof. Fei Wanga z Université Laval, oliwin jest trudniejszy do ługowania kwasem, co zwiększa zużycie energii i kwasu, jednak sama technologia Aspiring stanowi istotny krok naprzód.

Goddin zauważa, że w Europie rośnie presja na czystsze i bardziej zrównoważone metody produkcji. Nawet jeśli materiały Aspiring okażą się droższe, mogą zyskać przewagę dzięki niskiej emisji, pełnemu wykorzystaniu surowca i minimalizacji odpadów – cechom, które mogą być kluczowe na wymagających rynkach eksportowych.