近日，制冷與低溫工程研究所ITEWA團(tuán)隊(duì)徐震原教授在國際能源期刊Joule上發(fā)表評(píng)述論文“Toward water- and energy-sustainable lithium extraction from brines”。該工作分析了鹵水提鋰技術(shù)在規(guī)模化應(yīng)用過程中面臨的水資源與能源可持續(xù)性挑戰(zhàn)，提出了實(shí)現(xiàn)水-能源協(xié)同可持續(xù)鹵水提鋰的技術(shù)路徑。博士研究生于杰為論文第一作者，徐震原教授為通訊作者。
鋰資源因其在新能源電池與可再生能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，被視為推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略資源。近年來，鹵水提鋰技術(shù)取得了快速發(fā)展，相關(guān)研究主要集中在提升鋰與雜質(zhì)離子的選擇性分離效率。然而，多數(shù)技術(shù)路線仍主要在實(shí)驗(yàn)室或中試尺度下進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)水資源消耗與能源輸入問題關(guān)注不足，使其在實(shí)際規(guī)模化應(yīng)用中面臨顯著的可持續(xù)性約束。
針對(duì)上述問題，文章定量分析了傳統(tǒng)蒸發(fā)沉淀技術(shù)與新興直接提鋰技術(shù)的水足跡特征，指出在鋰濃縮過程中同步回收淡水，有望構(gòu)建水資源可持續(xù)的鹵水提鋰新路徑。在此基礎(chǔ)上，文章進(jìn)一步分析了集成淡水回收功能的鋰濃縮過程所面臨的技術(shù)與能耗挑戰(zhàn)。研究表明，膜法濃縮技術(shù)具有能耗低的優(yōu)勢，但受限于高鹽度條件下顯著升高的滲透壓，單一膜法僅適用于低濃度鹵水工況，無法將鹵水濃縮至目標(biāo)濃度；而蒸發(fā)法可在高濃度鹵水條件下運(yùn)行，但能耗較高，且易因雜質(zhì)鹽分結(jié)晶引發(fā)蒸發(fā)器堵塞與腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)。文章進(jìn)一步指出，面向未來大規(guī)模、可持續(xù)的鹵水提鋰需求，單一技術(shù)路線難以同時(shí)兼顧耐鹽性、低碳性與經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)鹵水鹽度區(qū)間的差異，集成多種互補(bǔ)技術(shù)，使其各自運(yùn)行于最優(yōu)工況范圍內(nèi)，是更具可行性的方案。基于該思路，文章展示了太陽能驅(qū)動(dòng)的鋰-水聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)想，通過光伏與光熱的協(xié)同利用，為提鋰過程提供可再生能源輸入，并通過集成膜法、蒸發(fā)法和結(jié)晶技術(shù)，在全過程中實(shí)現(xiàn)淡水回收，從而在系統(tǒng)層面同時(shí)滿足水資源與能源可持續(xù)性的要求。
研究強(qiáng)調(diào)，未來鹵水提鋰技術(shù)的發(fā)展，亟需在基礎(chǔ)機(jī)理研究與可持續(xù)系統(tǒng)集成層面協(xié)同推進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)模化、水-能源協(xié)同可持續(xù)的鋰資源開發(fā)，為能源綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435125004519
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