Lityum-iyon piller bugün çok farklı kimyalarla geliştirilen bataryalar arasında açık ara en büyük üretim ölçeğine sahip. Bu ölçek, maliyet tarafında lityumu rakip teknolojilere karşı güçlü kılıyor. Daha iyi performans vadeden yeni pil kimyaları geliştirilse bile, üretim maliyetlerini kısa sürede bu seviyeye indirmek kolay değil. Çünkü yalnızca hücre tasarımı değil, lityum tedarik zinciri ve üretim altyapısı da son derece verimli hale gelmiş durumda.
Bu dengeyi değiştirebilecek başlıca unsur ise arz sıkışması olabilir. Lityum element olarak Dünya’da yaygın bulunsa da ekonomik biçimde çıkarılabilen kaynaklar daha sınırlı. En ucuz yöntem, lityum açısından zengin tuzlu sulardan yani brinelerden üretim yapmak. Bu tip kaynakların önemli bölümü ise Güney Amerika’da yoğunlaşıyor. Lityum başka kaynaklardan da elde edilebiliyor, ancak bunlar genellikle daha yüksek maliyet anlamına geliyor.
Science’ta yayımlanan yeni bir çalışma, kayaçlardan lityum çıkarmak için enerji açısından daha verimli bir yöntem ortaya koyuyor. Araştırma ekibine göre geliştirilen süreç, mevcut yöntemlere kıyasla çok daha az enerji kullanıyor, başlangıçta kullanılan kimyasalları süreç içinde yeniden kazanıyor ve ayrıca ticari değeri olan yan ürünler oluşturuyor. Bu yönleriyle yöntem, yalnızca lityum üretimini değil, atık yönetimi ve toplam proses verimliliğini de iyileştirmeyi hedefliyor.
Lityum, diğer metaller gibi çeşitli minerallerin yapısında bulunuyor. ABD Jeoloji Araştırmaları Kurumu yakın dönemde Kuzeydoğu ABD’deki lityum oksit yataklarını envanterlemişti; bu yataklar pegmatite adı verilen kaya türlerinde yer alıyor. Küresel ölçekte ise çalışmaya göre en bol bulunan lityum cevheri spodumene olarak öne çıkıyor. Spodumene, LiAl(SiO3)2 formülüne sahip bir lityum-alüminyum silikat minerali. Bu malzeme hâlihazırda işleniyor, ancak kullanılan klasik yöntem yüksek enerji ihtiyacı ve ciddi miktarda atık nedeniyle dezavantaj taşıyor.
Bugünkü geleneksel süreç, mineralin kompakt yapısını bozmak için yaklaşık 1,000° C seviyesinde ısıtılmasıyla başlıyor. Ardından sülfürik asit kullanılarak lityum çözeltinin içine alınıyor. Elde edilen lityum sülfat çözeltisi daha sonra pil üretiminde işe yarayan bir bileşiğe, çoğunlukla lityum karbonata, dönüştürülüyor. Sürecin sonunda ise sülfür içeren atıklar geride kalıyor. Yani yöntem yalnızca enerji yoğun değil, aynı zamanda kimyasal atık yükü de oluşturuyor.
Yeni çalışma, MIT araştırmacıları ile Boston bölgesinden iki şirketin iş birliğiyle yürütüldü. Ekibin hedefi, çok daha enerji verimli olan ve daha az atık üreten bir süreç tasarlamaktı. Geliştirilen yaklaşımda sürecin başında kullanılan temel kimyasal, sonraki bir aşamada yeniden üretiliyor. Böylece toplam kimyasal tüketimi düşürülürken, prosesin döngüsel yapısı güçleniyor. Araştırmanın dikkat çekici bir başka yönü de mineralde bulunan silikon ve alüminyumun, ticari uygulamalarda zaten kullanılan formlara dönüştürülmesi.
Bu nokta önemli çünkü klasik madencilik ve rafinasyon süreçlerinde yan ürünler çoğu zaman atık olarak kalıyor. Burada ise silikon ve alüminyumun ekonomik değeri olan ürünlere dönüşebilmesi, lityum üretim maliyetlerini dolaylı olarak aşağı çekme potansiyeli taşıyor. Çalışma, ticari ölçekte uygulanabilirlik veya nihai maliyet avantajı konusunda henüz tüm soruları yanıtlamıyor. Ancak enerji tüketimini azaltan, başlangıç kimyasallarını geri kazanan ve ek satış değeri yaratabilen bir süreç sunması, kayaç tabanlı lityum üretimini daha rekabetçi hale getirebilecek önemli bir adım olarak öne çıkıyor.
