Lit – pierwiastek przyszłości
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie i badacze tam pracujący tworzą coraz to nowsze rozwiązania. O innowacyjnych sorbentach, które posłużą do odzyskiwania litu z wód złożowych rozmawiamy z Panią dr inż. Ewą Knapik, kierownikiem projektu.
- Prowadzi Pani projekt pt. „Technologia kompleksowego odzysku litu i wody użytkowej z odpadowych wód złożowych” proszę opowiedzieć jak narodził się pomysł na tego typu przedsięwzięcie?
Wydobyciu kopalin (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel) towarzyszy zwykle wydobycie odpadowych solanek złożowych. Często w końcowej fazie eksploatacji złoża otrzymuje się głównie wodę (np. na 1 baryłkę ropy wydobywa się 10 baryłek wody) więc sposób jej oczyszczania i zagospodarowania decyduje o opłacalności całego przedsięwzięcia. W Polsce niektóre solanki złożowe towarzyszące węglowodorom mają niskie zasolenie i niedużą zawartość zanieczyszczeń organicznych, stąd mogą one stanowić wsad do instalacji odsalania wody. Wykorzystanie odpadowych solanek do produkcji wody pitnej może poprawić krajowe bezpieczeństwo w zakresie dostaw wody. Równocześnie niektóre wody mają bardzo bogaty skład chemiczny i zawierają rzadkie, cenne pierwiastki takie jak lit, jod, brom, lantanowce. Lit jest pierwiastkiem kluczowym dla rozwoju elektromobilności stąd w projekcie zajmujemy się jego odzyskiem. Tym samym nasze badania wpisują się w politykę „waste to resource” gdzie z ubocznego strumienia procesowego pozyskuje się dodatkowe produkty.
- Na jakim etapie obecnie jest projekt i czy napotkała Pani jakieś przeszkody?
Projekt pod nazwą „CompLithium” rozpoczął się rok temu i jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR). Do tej pory przebadaliśmy skład solanek towarzyszących wydobyciu węglowodorów i wytypowaliśmy najbardziej obiecujący, litonośny surowiec. Nasz projekt spotkał się z wielkim zainteresowaniem partnerów przemysłowych więc współpraca przebiega bez przeszkód. Lit nazywany jest „paliwem XXI wieku” i większość firm wydobywczych chciałaby mieć go w swojej ofercie. Obecnie rozwijamy sorbenty do odzysku litu, które są kluczowym elementem całej technologii. Najważniejszym zadaniem będzie skalowanie technologii tj. przejście ze skali laboratoryjnej (kanister solanki) do skali ćwierćtechnicznej (paletopojemniki). Nasz projekt realizujemy w laboratoriach Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH w Krakowie. Wielkim wsparciem jest dla nas infrastruktura badawcza i administracyjna uczelni, prowadzenie badań w świetnie wyposażonych laboratoriach jest po prostu przyjemnością.
Rys. 1. Aparatura badawcza w laboratoriach Katedry Inżynierii Naftowej AGH w Krakowie.
- Jak wygląda proces odzyskiwania litu? Czy jest on skomplikowany?
Proponowana technologia składa się z 4 elementów składowych:
- instalacji wstępnego uzdatniania wody złożowej (koagulacja, filtracja) celem usunięcia zanieczyszczeń stałych i ropopochodnych;
- odzysku litu na złożach adsorpcyjnych opartych o nowo wytworzone materiały sorpcyjne;
- odzysku wody słodkiej (użytkowej) techniką membranową;
- zatłaczania koncentratu solankowego z modułu membranowego za pomocą odwiertów iniekcyjnych do złoża.
Rys. 2. Schemat proponowanej technologii do odzysku litu.
Do odzysku litu planuje się wykorzystać nowo opracowane sorbenty na bazie tlenków i wodorotlenków metali, o polepszonej selektywności i porowatości. Sita litoselektywne w postaci proszków (znane z literatury) będą mieszane z żywicą a następnie takie wysokonapełnione żywice będą wykorzystywane do drukowania kształtek sorbentu. Po częściowym wypaleniu żywicy otrzyma się porowatą ceramikę o ściśle określonej (zoptymalizowanej) geometrii przepływu (rys. 3).
Rys.3. Kształtki sorbentu do odzyski litu preparowane metodą druku 3D.
Sorbenty w postaci pakietów będą umieszczane w kolumnach sorpcyjnych, pracujących w sposób ciągły. Proponowana preparatyka tych sorbentów ma przede wszystkim na celu rozbudować ich powierzchnię właściwą ułatwiając wbudowywanie kationów litu w ich strukturę krystaliczną. Planuje się, że instalacja odzysku litu będzie pracowała w typowym dwukolumnowym układzie (pracująca kolumna adsorpcyjna + kolumna regenerowana). Prace badawcze w tym obszarze będą również uwzględniać dobór optymalnego sposobu regeneracji sorbentów (wymywania litu). Moduł membranowy ma pozwolić na produkcję wody użytkowej – na potrzeby własne kopalni i do ewentualnego wykorzystania w rolnictwie. Odpadowy koncentrat solankowy planuje się zatłaczać do formacji z wykorzystaniem odwiertów iniekcyjnych istniejących na złożu. Jedną z głównych przewag proponowanego rozwiązania jest brak generowania odpadów stałych na kopalni.
- Jaki wymiar dla społeczeństwa będzie miał projekt?
Proponowana technologia będzie optymalizowana pod kątem wybranej solanki litonośnej i warunków geologiczno-technicznych złoża. Całość prac laboratoryjnych/konstrukcyjnych zostanie uzupełniona analizą prawną, środowiskową i ekonomiczną. Tym sposobem niniejszy projekt ma pozwolić odpowiedzieć na dwa elementarne pytania: czy można odzyskiwać lit z krajowych solanek złożowych (swoista inwentaryzacja solanek litonośnych) i jak technologicznie prowadzić odzysk litu i wody użytkowej. Polska i Unia Europejska są importerami litu, nie ma w Europie dużych i łatwo dostępnych złóż surowców litonośnych. Równocześnie w naszym regionie rośnie zapotrzebowanie na lit w związku z rozwojem/budową fabryk baterii litowo-jonowych. Polska obecnie nie produkuje litu z zasobów krajowych, nie działa żadna przemysłowa instalacja jego odzysku, stąd nie ma na polskim rynku żadnej związanej z tym technologii. To jest doskonały moment na rozwijanie i wdrażanie tego typu prac badawczych.
Martyna Papiernik