Ученые из Техасского университета A&M (Texas A&M University) приступили к разработке микро- и нанороботов, напоминающих по форме рыб, которые способны плавать в морской воде и извлекать из неё литий. Проект направлен на укрепление внутренних поставок этого критически важного материала.
Разработкой руководят профессора Ширен Ванг (Shiren Wang, PhD) и Цзиньцзин (Дженни) Цю (Jingjing Qiu, PhD). Исследование поддержано грантом Министерства энергетики США (DOE) в размере одного миллиона долларов.
В отличие от традиционных методов добычи лития – открытых горных выработок или откачки подземных рассолов – новая технология использует автономные микро- и нанороботы. Эти крошечные устройства активно ищут и захватывают ионы лития прямо в толще морской воды.
Внешние стимулы, в частности свет, активируют роботов и заставляют их двигаться в поисках ионов. После завершения задачи частицы собираются с помощью магнитного поля, что позволяет извлекать их и повторно использовать.
«В отличие от традиционной добычи, которая разрушает землю или откачивает рассолы из-под земли и требует огромного количества энергии, эти автономные микро/нанороботы свободно перемещаются в морской воде и добывают литий практически без инфраструктурного следа», – пояснила профессор Цю.
Литий-ионные аккумуляторы остаются основным выбором для электромобилей благодаря высокой плотности энергии, длительному сроку службы и быстрой зарядке. Однако традиционные методы добычи не успевают за растущим спросом.
По прогнозам, к 2030 году глобальный спрос на литий вырастет в три раза, а к 2035 году – в 4,2 раза по сравнению с уровнем 2024 года. Уже сегодня на электромобили и системы хранения энергии приходится около 61% потребления лития, и ожидается, что к 2030 году этот показатель превысит 90%.
Новый подход может превратить морскую воду в стабильный альтернативный источник лития для электромобилей, аккумуляторов и накопителей энергии.
«Наша цель – создать технологию, которая поддержит более надежную цепочку внутренних поставок лития, одновременно снижая экологический след, связанный с традиционными методами добычи», – отметила Цю.
Хотя технология выглядит многообещающей, исследователи признают, что до промышленного масштаба предстоит преодолеть ряд технических препятствий. Одна из главных задач – селективное отделение лития от других растворенных минералов, естественно присутствующих в морской воде.
Чтобы доказать, что роботы могут выдерживать агрессивную морскую среду, работая непрерывно и экономически эффективно, команда сосредоточится на повышении их производительности, тестировании эффективности извлечения лития и разработке методов масштабирования технологии для более крупных демонстрационных систем.
Проект объединяет знания в области микро- и наноробототехники, биомиметического движения, интеллектуального материаловедения, методов извлечения лития и испытаний в морских системах.
«Извлечение лития из морской воды может стать стабильным альтернативным источником для удовлетворения растущего глобального спроса на литий», – заключила профессор Цю.
Данный проект – один из 19, отобранных Министерством энергетики США для развития технологий, укрепляющих цепочку поставок критических минералов в стране.