Sẽ cần một lượng lớn lithium để sản xuất pin cho số lượng ô tô điện ngày càng tăng trên đường phố. Để tìm nguồn cung cấp mới, các công ty và nhà nghiên cứu đang chuyển sang một nguồn bất ngờ: các hồ chứa nước thải từ việc khai thác dầu khí.
Các địa điểm dầu khí này không chỉ chứa hydrocarbon mà còn chứa nước muối có chứa kim loại bao gồm natri, canxi và một số lithium. Khi các thợ khoan chọc lỗ vào các thành tạo áp lực bão hòa thì dầu, nước muối chảy trở lại bề mặt cùng với các phân tử nhiên liệu và các công ty đã nhanh chóng loại bỏ nước pha đất đi. Nhưng giờ đây, khi vật liệu làm pin EV đã trở thành một mặt hàng có giá trị, các công ty lithium đang phát triển các công nghệ để loại bỏ nó khỏi nước muối thải này—và các công ty dầu khí cũng đang xem xét lại.
Các nhà nghiên cứu và phân tích cho biết quá trình này, được gọi là khai thác lithium trực tiếp, có thể đánh dấu một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp này.
Việc khai thác có thể sử dụng nhiều lao động và vẫn chưa được thương mại hóa ở quy mô lớn, nhưng nhu cầu ngày càng tăng đối với lithium đang làm tăng sự tập trung vào các phương pháp mới. Robert Mintak , giám đốc điều hành của Standard Lithium có trụ sở tại Vancouver cho biết: “Chúng tôi cần suy nghĩ lại và xem xét các tài sản sẽ yêu cầu các quy trình hiện đại để mở khóa.
Tại khu vực Smackover của Arkansas, một nhóm đang chuẩn bị tốt cho các hoạt động lấy mẫu nước muối của Standard Lithium. ẢNH: PITTS MEDIA
Tại Arkansas, hiện là nhà sản xuất dầu và khí đốt nhỏ, Standard Lithium đang vận hành một nhà máy trình diễn để chiết xuất lithium từ nước muối mỏ dầu. Tại Canada, công ty E3 Lithium đang hợp tác với một công ty dầu khí để sản xuất kim loại này từ một mỏ khai thác dầu cạn kiệt. Và tại lưu vực Permian ở Tây Texas và New Mexico, công ty khoan Devon Energy đang thử nghiệm các kỹ thuật với các công ty khác để sản xuất lithium từ nước thải mà họ bơm cùng với dầu và khí đốt.
Theo phân tích của Boston Consulting Group, nhu cầu về pin lithium dự kiến sẽ tăng vọt trong thập kỷ này, với nhu cầu của Mỹ dự kiến sẽ tăng gần sáu lần vào năm 2030, đạt 52 tỷ USD. Hàng tỷ đô la trợ cấp của chính phủ cũng đang thúc đẩy các công ty đặt cược vào việc tìm ra những cách mới để chiết xuất kim loại này.
Giờ đây, hầu hết nguồn cung cấp lithium trên thế giới đến từ Australia, Chile và Trung Quốc. Họ đã cung cấp khoảng 92% trong số 130.000 tấn lithium được khai thác trên toàn cầu vào năm ngoái, theo ngân hàng đầu tư Raymond James. Các nhà sản xuất nghiền đá để chiết xuất liti hoặc thu thập nó bằng cách bơm nước muối nông dưới lòng đất—cung cấp nồng độ liti cao hơn nhiều so với nước muối từ mỏ dầu—và đổ nó vào các ao bốc hơi khổng lồ. Điều này liên quan đến việc sử dụng một lượng lớn nước và các nhóm môi trường cho biết các ao có thể gây ô nhiễm không khí và đất.
Khai thác lithium trực tiếp
Nước mặn—hoặc nước muối—có chứa các ion lithium được bơm lên bề mặt khoảng 8.000 feet.
Liti được tách ra khỏi nước muối—không bay hơi—dẫn đến dung dịch cô đặc liti và nước muối không có liti.
Nước muối không chứa lithium được bơm lại vào tầng chứa nước muối.
Lithium được kết tinh thành một sản phẩm cấp pin như lithium hydroxit, một thành phần chính trong pin EV.
Các công ty và nhà nghiên cứu cho biết, việc khai thác nước muối ở các mỏ dầu ở Bắc Mỹ bằng cách khai thác lithium trực tiếp sẽ ít gây hại hơn. Do các công ty năng lượng đã khoan hàng triệu giếng dầu khí và thu thập dữ liệu dưới bề mặt trong quá trình này nên những người tìm kiếm lithium biết phải tìm ở đâu.
Khai thác trực tiếp cũng có thể tăng tốc độ sản xuất lithium.
Theo một báo cáo tháng 4 của Goldman Sachs, việc cô đặc lithium trong các ao nước muối có thể mất tới 18 tháng và thu hồi được khoảng 50% lượng lithium . Trong khi quá trình chiết xuất trực tiếp, nước muối được gửi đến một đơn vị xử lý, nơi các hóa chất, nhựa hoặc màng, cùng với các công nghệ khác, được sử dụng để thu giữ các ion lithium. Nước sau đó được bơm trở lại vào tầng chứa nước nơi nó bắt nguồn. Quá trình này mất tối đa vài ngày và khả năng phục hồi lên tới 90%. Các nhà phân tích cho biết các công nghệ khai thác trực tiếp cũng có thể được áp dụng cho các vùng nước nông giàu lithium.
Công nghệ đưa ra một số thách thức. Kevin Murphy, giám đốc nghiên cứu kim loại và khai thác mỏ tại S&P Global Commodity Insights cho biết, vì mỗi loại nước muối là một môi trường hóa chất cá biệt, nên việc thu thập lithium thông qua chiết xuất trực tiếp sẽ yêu cầu các phương pháp tiếp cận phù hợp cho từng dự án. Nồng độ lithium trong nước muối càng thấp thì chi phí vận hành càng cao do các nhà sản xuất cần xử lý nhiều nước hơn. Murphy cho biết sự hiện diện của các nguyên tố khác cũng có thể cản trở quá trình chiết xuất.
Một trong những giếng sản xuất nước muối đầu tiên của E3 Lithium cho mục đích đánh giá lithium, được khoan vào năm 2022 tại tỉnh Alberta của Canada. ẢNH: E3
Tại tỉnh Alberta của Canada, E3 Lithium nhằm mục đích thu hút kim loại từ quận Bashaw trong mỏ dầu Leduc đã cạn kiệt, một khu vực mà nó ước tính chứa khoảng 16 triệu tấn lithium—gấp khoảng năm lần so với lượng lithium ước tính trong các mỏ đá của Canada. Công ty đã nhận được các khoản trợ cấp liên bang của Canada với tổng trị giá hơn 30 triệu đô la Canada (khoảng 22 triệu đô la).
Imperial Oil , một nhà sản xuất dầu thuộc sở hữu đa số của Exxon Mobil đã phát hiện ra dầu tại Leduc, đã đầu tư 6,4 triệu đô la Canada vào E3 Lithium, theo các công ty. Quan hệ đối tác cấp cho E3 Lithium quyền tiếp cận các vùng đất sở hữu của Imperial Oil cũng như thông tin về việc quản lý nước và hồ chứa của công ty.
Chris Doornbos , Giám đốc điều hành của E3 Lithium cho biết: “Chúng tôi hoạt động giống như quá trình khai thác dầu thông thường .
E3 Lithium, có kế hoạch bắt đầu hoạt động tại một nhà máy thí điểm khai thác vào quý 3 năm 2023
Hy vọng ban đầu sẽ sản xuất 20.000 tấn lithium hydroxit mỗi năm. Mục đích của nó là bơm nước muối từ độ sâu 1,5 dặm, có khả năng sử dụng các giếng hiện có cũng như các giếng mới. Sau đó, chất lỏng này có thể sẽ được gửi qua các đường ống đến một cơ sở nơi vật liệu hấp thụ sẽ thu giữ lithium và loại bỏ tạp chất để tạo ra chất lỏng đậm đặc, sau đó sẽ được tinh chế thêm thành vật liệu cấp pin.
Sự hình thành Smackover ở miền nam Arkansas được coi là một trong những khu vực hứa hẹn nhất ở Bắc Mỹ để thử nghiệm và triển khai công nghệ. Exxon năm nay đã mua quyền khoan đối với một triển vọng lithium quan trọng trong khu vực mà họ dự định phát triển, theo những người quen thuộc với vấn đề này. Theo một số ước tính, nồng độ của kim loại ở đó có thể lên tới hơn 500 miligam mỗi lít, so với khoảng 75 miligam mỗi lít ở mỏ Leduc.
Exxon từ chối bình luận.
Các công ty hóa chất trong khu vực từ lâu đã sản xuất nước muối từ các mỏ dầu cạn kiệt để thu gom brom, một chất hóa học có giá trị khác trong nước mặn. Giờ đây, các công ty lithium muốn tham gia vào hoạt động này.
Một nhà điều hành tại Standard Lithium giám sát hiệu suất của quy trình khai thác lithium trực tiếp liên tục và thực hiện kiểm tra kiểm soát chất lượng trên sàn nhà máy. ẢNH: LITHIUM TIÊU CHUẨN
Standard Lithium đã vận hành một nhà máy quy mô công nghiệp ở khu vực Smackover từ năm 2020 với nhà sản xuất hóa chất Lanxess của Đức. Nước muối, mà Lanxess xử lý để tạo ra brom, chảy vào cơ sở với tốc độ khoảng 3.000 gallon một phút. Sử dụng cùng một loại nước muối, Standard Lithium dự kiến sẽ sản xuất dưới 6.000 tấn lithium hàng năm từ nhà máy này và đặt mục tiêu sản xuất 50.000 tấn trên khắp các dự án của công ty ở Arkansas, giám đốc điều hành Mintak cho biết.
Một số công ty hy vọng công nghệ khai thác trực tiếp cũng sẽ mở ra cơ hội sản xuất lithium ở lưu vực Permian của New Mexico và Tây Texas, mỏ dầu hoạt động mạnh nhất ở Mỹ . Khi nước thải này chảy ngược trở lại cùng với nước muối, các nhà sản xuất phải xử lý nó. Lưu vực Permian sản xuất khoảng 18 triệu thùng nước mỗi ngày vào năm 2021, theo ngân hàng đầu tư Goldman Sachs. Các giám đốc điều hành và nhà phân tích cho biết, kiếm tiền từ lithium trong nước mặn có thể cho phép các công ty khoan bù đắp chi phí phải xử lý nó.
Trey Lowe, giám đốc công nghệ của Devon Energy, công ty đang tìm cách khai thác lithium ở lưu vực Permian. ẢNH: AARON M. SPRECHER/BLOOMBERG NEWS
Trey Lowe, giám đốc công nghệ của công ty, cho biết nhà sản xuất Permian Devon Energy đã đầu tư hàng triệu đô la thông qua các công ty đầu tư mạo hiểm vào các công ty đang thực hiện các dự án và công nghệ năng lượng thay thế, bao gồm cả khai thác lithium trực tiếp. Do lithium bị pha loãng quá nhiều trong nước Permi, Devon đang hợp tác với các công ty chuyên biệt để thử nghiệm các kỹ thuật cô đặc kim loại hơn nữa và đang tìm cách chiết xuất các nguyên tố hóa học có giá trị khác, chẳng hạn như iốt.
Những người khác hoài nghi hơn. Amanda Brock , giám đốc điều hành của Aris Water Solutions , một công ty quản lý nước ở Permian, nói rằng họ đã xem xét sản xuất lithium từ nước thải, nhưng họ không thấy tiềm năng ngắn hạn do giá lithium thấp và chi phí sản xuất cao.
Cô ấy nói: “Chúng tôi rất muốn tìm ra cách khai thác lithium một cách hiệu quả về mặt chi phí.
Viết thư cho Benoît Morenne tại [email protected]