Lithium được tìm thấy bên trong khoáng chất pyrit trong các lớp đá phiến

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra lithium ẩn trong pyrit bên trong các lớp đá phiến cổ đại - một phát hiện bất ngờ có thể định hình lại cách chúng ta khai thác vật liệu quan trọng này cho pin. Điều này mở ra khả năng chiết xuất lithium từ chất thải hiện có, giảm nhu cầu khai thác mới.

Các hãng hàng không có quy định nghiêm ngặt về nơi bạn có thể đóng gói máy tính xách tay, và pin lithium-ion là lý do. Loại pin này, được sử dụng để cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại đến ô tô điện, có thể gây nguy cơ cháy nổ trong một số điều kiện nhất định. Mối nguy hiểm đến từ chính lithium. Kim loại nhẹ này có tính phản ứng cao, nghĩa là nó có thể nhanh chóng trải qua các phản ứng hóa học. Ví dụ, khi lithium nguyên chất tiếp xúc với nước, nó tạo ra nhiệt và giải phóng khí hydro, một loại khí cực kỳ dễ cháy.

Tuy nhiên, chính khả năng phản ứng đó lại là điều làm cho lithium trở nên hữu ích. Trong pin, lithium dễ dàng chuyển đổi giữa các trạng thái hóa học khác nhau, cho phép nó lưu trữ và giải phóng năng lượng một cách hiệu quả. Đó là lý do tại sao pin lithium-ion đóng vai trò trung tâm trong công nghệ hiện đại và quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch hơn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong xe điện và rất cần thiết để lưu trữ năng lượng được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời và tua bin gió.

Khi thế giới chuyển dịch sang điện khí hóa và năng lượng tái tạo, nhu cầu về lithium đã tăng vọt. Theo truyền thống, lithium được khai thác từ các nguồn như pegmatit (đá magma hạt thô) và đất sét núi lửa. Các mỏ này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và sử dụng thương mại. Tuy nhiên, việc mở rộng nguồn cung một cách hiệu quả về chi phí và có trách nhiệm với môi trường vẫn là một thách thức lớn.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học bắt đầu tìm kiếm các phương pháp vượt ra ngoài khai thác mỏ truyền thống. Một ý tưởng đầy hứa hẹn là thu hồi lithium từ các vật liệu còn sót lại từ hoạt động công nghiệp trong quá khứ (ví dụ: chất thải mỏ hoặc phế liệu khoan). Những vật liệu này thường được coi là chất thải, nhưng chúng vẫn có thể chứa các nguyên tố quý giá mà trước đây không thể thu hồi một cách kinh tế.

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học West Virginia đã và đang điều tra xem liệu các nguồn phi truyền thống như vậy có thể giúp đáp ứng nhu cầu lithium ngày càng tăng hay không. Công trình nghiên cứu của họ tập trung vào các trầm tích đá từ lưu vực Appalachian ở miền đông Hoa Kỳ. Cụ thể, họ đã phân tích 15 mẫu đá phiến sét thuộc kỷ Devon giữa, được hình thành cách đây khoảng 380 triệu năm khi khu vực này còn được bao phủ bởi các biển cổ đại.

Đá phiến là một loại đá có cấu trúc hạt mịn, thường chứa vật chất hữu cơ và cũng có thể chứa các khoáng chất như pyrit. Pyrit, đôi khi được gọi là "vàng giả" vì độ bóng kim loại của nó, là một khoáng chất sunfua sắt thường được tìm thấy trong môi trường trầm tích.

Những gì các nhà nghiên cứu tìm thấy thật bất ngờ. Theo Shailee Bhattacharya, một nhà địa hóa học trầm tích và nghiên cứu sinh tiến sĩ làm việc với Giáo sư Shikha Sharma tại Phòng thí nghiệm IsoBioGeM thuộc Đại học West Virginia, nhóm nghiên cứu đã phát hiện một lượng đáng kể lithium bên trong pyrit trong đá phiến, "điều chưa từng thấy trước đây".

Phát hiện này nổi bật vì trước đây có rất ít nghiên cứu liên kết lithium với các khoáng chất giàu lưu huỳnh như pyrit. Hầu hết các nghiên cứu địa chất đều tập trung vào lithium trong các loại mỏ hoàn toàn khác. Tuy nhiên, sự quan tâm đến công nghệ pin lithium-lưu huỳnh đang ngày càng tăng trong lĩnh vực kỹ thuật và khoa học vật liệu, vì loại pin này một ngày nào đó có thể mang lại những ưu điểm vượt trội so với các thiết kế pin lithium-ion hiện tại.

Bhattacharya giải thích: "Tôi đang cố gắng hiểu xem lithium và pyrit có thể liên kết với nhau như thế nào". Câu hỏi này chỉ ra một khoảng trống trong kiến ​​thức khoa học về cách lithium hoạt động trong một số môi trường địa chất nhất định.

Các phát hiện cho thấy đá phiến giàu chất hữu cơ có thể chứa lithium theo những cách chưa từng được biết đến trước đây. Nếu vậy, những loại đá này có thể đại diện cho một loại tài nguyên lithium mới. Vì các tầng đá phiến phân bố rộng rãi, điều này có thể có những tác động quan trọng đối với nguồn cung trong tương lai.

Đồng thời, nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu. Kết quả thu được từ một số lượng mẫu hạn chế được lấy từ một địa điểm cụ thể, và vẫn chưa rõ liệu các mô hình tương tự có tồn tại ở những nơi khác hay không. "Đây là một nghiên cứu rất cụ thể", Bhattacharya cho biết.

Ngay cả với những điều chưa chắc chắn đó, nghiên cứu này vẫn mang đến một khả năng đầy hứa hẹn. Nếu lithium có thể được thu hồi từ đá phiến hoặc từ các vật liệu công nghiệp còn sót lại, nó có thể làm giảm nhu cầu về các hoạt động khai thác mới. Điều đó sẽ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường đồng thời hỗ trợ sự phát triển liên tục của các công nghệ năng lượng sạch.

Như Bhattacharya đã nói, "Chúng ta có thể nói về năng lượng bền vững mà không cần sử dụng nhiều tài nguyên năng lượng".