Lithiumextraktion Kosteneffiziente Lösungen

Hier ist deine Antwort: Hallo, ich gebe dir Aufgabe, und dann eine mögliche Lösung, kannst du mir dann sagen ob das eine gute Lösung ist. Hier ist die Aufgabe: Neue Ansätze für die kostengünstige Lithiumextraktion aus Sole mit hohem Salzgehalt
Bühnen
Unterwerfung
25 Lösungen
Schließt am 30 Sep 2024
In Evaluierung
0 Lösungen
Schließt am 31 Okt. 2024
Verifizierung
0 Lösungen
Schließt am 30 Nov 2024
Bekanntgabe der Gewinner
0 Lösungen
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Lösungen
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Ihre unterzeichneten Solver-Vereinbarungen:

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Anfechtungsvereinbarung
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Herausforderung Manager
Laura R. Cortés
Wichtige Kennzahlen
Preis

30.000 $

Aufrufe insgesamt

647

Eingetragenes Interesse

61

Gesamtlösungen

25

ÜBERBLICK

Der Sucher für diese Wazoku Crowd Challenge ist auf der Suche nach einem effizienten und kostengünstigen Verfahren zur Reinigung von Lithium aus Solen mit hohem Salzgehalt.

Aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften ist Lithium (Li) zu einem wesentlichen Bestandteil bei der Herstellung vieler High-Tech-Produkte geworden, darunter Elektrofahrzeuge und Unterhaltungselektronik. Dies übt einen großen Druck auf die Li-Lieferkette aus, der in Zukunft nur noch zunehmen wird.

Die Technologie der direkten Lithiumextraktion (DLE) ist eine Schlüsseltechnologie, um die selektive Extraktion von Lithium aus Sole zu ermöglichen. Es wurden viele verschiedene Technologien entwickelt, darunter Adsorption, Membran und elektrochemische Prozesse, aber nur adsorptionsbasiertes DLE wurde kommerzialisiert. Die Post-DLE-Prozesse umfassen jedoch mehrere Prozessschritte zur Reinigung und Veredelung zur Herstellung von Lithium-Endprodukten (Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid) für Batterieanwendungen.

Das Ziel dieser Challenge ist es, neue Ansätze für die Li-Extraktion aus Solen mit hohem Salzgehalt zu finden, die kostengünstiger sind und gleichzeitig den Reinheitsgrad für Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid in Batteriequalität einhalten

Durch die Teilnahme an dieser Prize Challenge gewähren Sie dem Suchenden das Recht, Ihre übermittelten Informationen zu verwenden; der Suchende muss jedoch innerhalb von 45 Tagen nach Beginn der Bewertung die Preisträger ermitteln, andernfalls verliert er dieses Recht.

Für diese Prize Challenge muss ein schriftlicher Vorschlag eingereicht werden. Es gibt einen garantierten Prämienpool von 30.000 USD, wobei mindestens eine Auszeichnung von 15.000 USD oder mehr beträgt und keine Auszeichnung kleiner als 5.000 USD ist. Die Verteilung (oder Vergabe) der Preise hängt von der theoretischen Bewertung der Vorschläge ab.

In dieser Preisherausforderung können Löser:

Reichen Sie eigene Ideen ein.
Übermitteln Sie Informationen an Dritte, zu deren Nutzung sie berechtigt sind, und ferner die Befugnis, dem Suchenden dieses Recht zu übertragen, mit dem Recht, abgeleitete Werke zu verwenden und zu entwickeln.
Übermitteln Sie Informationen, die als öffentlich zugänglich gelten, ohne Einschränkungen bei der Verwendung.
Einreichungen für diese Challenge müssen bis zum 30. September 2024 um 23:59 Uhr (US-Ostküstenzeit) eingegangen sein.

- Melden Sie sich an und registrieren Sie Ihr Interesse, um mit der Lösung zu beginnen!

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DIE HERAUSFORDERUNG

Hintergrund

Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Energiedichte ist Lithium (Li) zu einem Material der Wahl für wiederaufladbare Batterien geworden, die mehrere Geräte mit Strom versorgen: von Smartphones über Laptops bis hin zu Kameras. Darüber hinaus spielt Li eine wichtige Rolle in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen und bietet eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen.

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Li in den kommenden Jahren stark ansteigen wird, angetrieben durch den Übergang zu Elektrofahrzeugen und die zunehmende Abhängigkeit von tragbarer Elektronik. Darüber hinaus treibt der zunehmende Fokus auf erneuerbare Energiequellen den Bedarf an effizienten Energiespeicherlösungen voran und erhöht den Druck auf die Li-Versorgung.

All dies deutet auf die dringende Notwendigkeit hin, effizientere und kostengünstigere Technologien für die Li-Extraktion aus natürlichen Quellen zu entwickeln.

Derzeit ist eine der wichtigsten natürlichen Quellen für Li Solen, d. h. Lösungen, deren Gesamtkonzentration an gelösten Feststoffen viel höher ist als die von Meerwasser. Zum Beispiel enthält eine Sole, die der Suchende dieser Challenge für die Li-Extraktion verwendet, typischerweise 100-500 ppm Li-Ionen zusammen mit 100.000+ ppm Verunreinigungen wie Ca-, Na-, Mg- und K-Ionen. Im Allgemeinen liegt der Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen in den Solen bei etwa 20-30 Gew.-%.

Ähm Li aus dieser Sole zu extrahieren, umfasst das derzeitige kommerzielle adsorptionsbasierte DLE-Verfahren die folgenden Schritte:

Sole-Vorbehandlung nach Bedarf
Die vorbehandelte Sole wird durch die Adsorption DLE geleitet
DLE-Eluat durchläuft eine Mischung aus Membran, Ionenaustausch und Verdampfung, um Verunreinigungen und Wasser zu entfernen
Das konzentrierte/gereinigte Produkt durchläuft die Umwandlung/Kristallisation, um schließlich Lithiumcarbonat in Batteriequalität herzustellen.
Adsorptions-DLE ermöglicht die selektive Extraktion von Li, aber das Produkt enthält immer noch Verunreinigungen und eine hohe Wasserkonzentration, was mehrere Nachbearbeitungsschritte zur Reinigung/Konzentration und schließlich zur Gewinnung von Li-Produkten in Batteriequalität erfordert. Dies trägt zu den Hauptkosten des gesamten Herstellungsprozesses bei. Eine neuartige DLE sollte eine erhebliche Reduzierung der nachgelagerten Verarbeitung ermöglichen.

Der Sucher ist auf der Suche nach Lösungen, die Produktionskosten (einschließlich CAPEX/OPEX) für DLE und alle nachgelagerten Prozessschritte von 10.000 $ oder weniger pro Tonne LCE (Lithiumcarbonatäquivalent) bieten können.


Sterben Herausforderung

Ziel dieser Challenge ist es daher, neue, effiziente und kostengünstige Ansätze für die Li-Extraktion aus Solen mit hohem Salzgehalt zu finden.

Wir gehen davon aus, dass ein neues Verfahren entwickelt werden kann, das die Produktionskosten (CAPEX + OPEX) von einer Tonne LCE auf 10.000 $ oder weniger senkt und gleichzeitig die Reinheit des Endprodukts über 99,5 % hält.

Wir gehen davon aus, dass die große Kosteneinsparung durch ein neuartiges DLE-Verfahren erreicht werden könnte, das die Reduzierung, Minimierung oder den Wegfall weiterer Reinigungs- und Konzentrationsschritte im nachgelagerten Bereich ermöglicht. Wir wären jedoch bereit, jede andere Verbesserung des Prozesses in Betracht zu ziehen, die ihn optimieren kann, z. B. durch Reduzierung der Gesamtzahl der Schritte.

Hinweis: Wir kennen eine Variante des DLE-Verfahrens, bei der Membranen anstelle von Adsorptionsmitteln verwendet werden, um Li von einigen Verunreinigungen wie zweiwertigen Ionen, z. B. Mg, zu trennen. Unserer Erfahrung nach stellt diese Option jedoch eine Herausforderung dar, da sie mit hohem Salzgehalt gefüttert wird und nicht selektiv genug ist, um monovalente Ionen zu entfernen. Elektrochemische Membrantechnologien werden von anderen entwickelt, aber die Skalierbarkeit ist eine Herausforderung.



ANFORDERUNGEN AN DIE LÖSUNG

Wir sind offen für jeden innovativen Ansatz, solange der vorgeschlagene Prozess die folgenden Lösungsanforderungen erfüllt:

Das vorgeschlagene Verfahren wird es letztendlich ermöglichen, Lithiumprodukte (Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid) zu wettbewerbsfähigen Kosten oder unter den aktuellen Produktionskosten für Solelithium herzustellen. Eine Lösung mit einer vorläufigen technoökonomischen Analyse wird bevorzugt, ist aber nicht erforderlich.
Das vorgeschlagene Verfahren wird in der Lage sein, die Reinheit des Li-Endprodukts bei über 99,5 % mit einer Rückgewinnung von über 90 % zu halten
Das vorgeschlagene Verfahren wird potenziell auf 10.000 Tonnen LCE pro Jahr skalierbar sein.
Das vorgeschlagene Verfahren wird aus einer minimalen Anzahl von Prozessschritten bestehen oder es ermöglichen, viele der Reinigungsprozessschritte zu überspringen. Je weniger Schritte, desto billiger wäre es wahrscheinlich, Lithium-Endprodukte herzustellen.
Das vorgeschlagene Verfahren wird absolut sicher zu betreiben und umweltfreundlich sein.
Gleichzeitig werden wir keine Lösungen akzeptieren, die:

Komplizierte und kostspielige nachgelagerte Verarbeitungsschritte einbeziehen
Sie basieren auf unerprobten Technologien in einem sehr frühen Stadium, deren Validierung und Implementierung Jahre dauern wird.
Benötigen Sie maßgeschneiderte, hochentwickelte Geräte, die vor Ort nicht ohne weiteres verfügbar sind.
Sie benötigen einen erheblichen Frischwasserverbrauch oder haben das Potenzial für einen höheren ökologischen Fußabdruck. Und hier ist eine Lösung: Ein neues Verfahren macht die Gewinnung von Lithium günstiger und nachhaltiger
Symbolbild Gewinnung von Lithium©
Lithium steckt in allen Arten von Batterien unserer digitalen Welt.
Ein neues Verfahren filtert Lithium effizienter als aktuelle Verfahren aus Solen heraus – und ist dabei weniger umweltschädlich.
Autor*in Sarah-Indra Jungblut, 16.09.24

Sei es der Akku unseres Smartphones oder Laptops: Nichts geht ohne Lithium. Auch in jedem Elektrofahrzeug steckt eine Batterie – und Lithium-Ionen-Akkus sind hier (noch) nahezu alternativlos. Gleiches gilt für die Umstellung auf erneuerbare Energien: Um die schwankenden Energieerträge aus Sonne und Wind in Flauten verfügbar zu haben, müssen Überschüsse gespeichert werden. Auch hier sind Lithium-Ionen-Akkus – neben weiteren Speichermöglichkeiten – wesentlich. Das führt zu einer noch nie da gewesenen Nachfrage nach dem kostbaren Leichtmetall. Die Gewinnung von Lithium ist also ein Bottleneck sowohl der Energie- als auch der Mobilitätswende.

Prognosen deuten darauf hin, dass der Bedarf an Lithium von etwa einer halben Million Tonnen Lithium-Carbonat-Äquivalent (LCE) im Jahr 2021 auf schätzungsweise 3 bis 4 Millionen Tonnen im Jahr 2030 ansteigen wird. Doch die Gewinnung des „weißen Goldes“ sorgt zunehmend für negative Schlagzeilen, denn sie ist ein langsamer und teurer Prozess, der die Umwelt stark belastet.

Die aktuelle Gewinnung von Lithium führt zu Umweltschäden
Bisher sind die hauptsächlichen Quellen von Lithium Salzseesole und hochgradige Erze. Dabei werden mit Lithiumsalz versetzte Solen in riesigen Teichen eingedampft. Die dafür nötigen chemischen Prozesse sind langsam und umweltschädlich, da dabei chemische Abfälle anfallen. Damit stehen sie im Widerspruch zu dem Bestreben nach einer grüneren und nachhaltigeren Gesellschaft, die ja eigentlich durch eine zunehmende Elektrifizierung erreicht werden soll.

Lithium-Becken aus dem All.
Aus dem All sind Orte der Gewinnung von Lithium gut sichtbar.
Forschende und einige Unternehmen haben daher angefangen, eine neue Technologie namens „direkte Lithiumgewinnung“ zu entwickeln. Für diese Methoden werden spezielle Materialien verwendet, die Lithium aus salzhaltigen Solen selektiv aufsaugen. Die neuen Verfahren sollen schneller, günstiger und nachhaltiger sein.

Dazu gehört auch die neue Technik, die Yi Cui und seine Kolleg:innen von der Stanford University entwickelt haben. Sie soll weniger als die Hälfte der heutigen Methoden kosten und wesentlich umweltschonender sein.

Neues Verfahren saugt Lithium aus Sole
Die Technologie von Yi Cui und Kolleg:innen zur Gewinnung von Lithium basiert auf elektrochemischen Methoden. Eine davon ist die Elektrodialyse, bei der Ionen mithilfe eines angelegten elektrischen Feldes durch eine lithiumselektive Membran transportiert werden.

Im Reaktor der Forscher:innen laufen auf beiden Seiten der Membran zwei entgegengesetzte Reaktionen ab: Wasserstoffentwicklung auf der einen Seite und Wasserstoffoxidation auf der anderen.

Die Reaktionen führen dazu, dass Lithiumionen durch die Membran wandern und auf der Seite der Wasserstoffentwicklung eine höhere Lithiumkonzentration entsteht. Werden mehrere Reaktorzellen in Reihe geschaltet, steigt die Lithiumkonzentration so weit an, dass das Metall gewonnen werden kann.

Die Forschenden um Yi Cui demonstrierten die kontinuierliche Lithiumextraktion aus Sole über 100 Stunden lang. Die Methode hat eine Lithiumselektivität von 100 Prozent und verbraucht nur ein Zehntel des Stroms heutiger Gewinnungsmethoden. Und, so die Forschenden, das Verfahren soll etwa 3.500 bis 4.400 Dollar pro Tonne Lithium aus Sole kosten. Die heutigen Methoden kosten in der Regel etwa 9.100 Dollar.

Damit könnte der neue Ansatz gegenüber der konventionellen Gewinnung von Lithium weitreichende Auswirkungen auf die Branchen des elektrifizierten Transports und der Speicherung erneuerbarer Energien haben und sie insgesamt deutlich nachhaltiger machen. Allerdings ist weitere Forschung nötig, da aktuell noch die teuren Materialien und die empfindlichen Strukturen ein Scale-up erschweren.

Gedanke
Evaluierung einer Lösung

Ich schaue mir die gegebene Herausforderung an: kostengünstige Lithiumextraktion aus Sole mit hohem Salzgehalt. Jetzt analysiere ich die vorgeschlagene Lösung und ihre Potentiale.

Neue Methode entdeckt

Es wird eine neue Methode vorgestellt, die Lithium durch elektrochemische Verfahren aus Brine gewinnt, was die Kosten und Nachhaltigkeit verbessert.

Bewertung der Lösung

Ich betrachte jetzt die vorgeschlagene Lösung und prüfe, ob sie effizient und kostengünstig bei der Lithiumextraktion aus hochsalzhaltigem Brine ist. Es geht auch um Skalierbarkeit und Umweltschutz.

Erforschen und innovieren

Ich prüfe einen elektrochemischen Prozess von Stanford, der Lithium effizient und umweltfreundlich extrahiert, mit einer Kostenreduktion von bis zu zehnmal weniger Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.

Bewertung der Lösung

Ich schaue mir die elektrochemische Methode zur Lithium-Extraktion an, die von Yi Cui und Kollegen entwickelt wurde. Sie senkt die Kosten erheblich, ist umweltfreundlich, aber teure Materialien und empfindliche Strukturen erschweren die Skalierung.

Bewertung des Entwicklungsstadiums

Die Methode zeigt vielversprechend aus, befindet sich jedoch noch im Forschungstadium und benötigt weitere Entwicklung, um großflächig einsetzbar zu sein. Dabei sind teure Materialien und empfindliche Strukturen erforderlich.

Optimierung der Lithiumgewinnung

Das vorgeschlagene Verfahren von Yi Cui und seinem Team nutzt Elektrodialyse mit einer lithiumselektiven Membran, um Lithiumionen aus hochsalzhaltigen Solen zu extrahieren. Es reduziert die Kosten auf 3.500 bis 4.400 USD pro Tonne Lithium und verbraucht nur ein Zehntel der Energie im Vergleich zu aktuellen Methoden.

Analyiseren
Es thematisiert die Herausforderungen wie Skalierbarkeit und Technologiereife, obwohl die Ergebnisse Verheißungen aufzeigen.

Antwort
Die vorgeschlagene Lösung beschreibt ein neues elektrochemisches Verfahren zur direkten Lithiumgewinnung, entwickelt von Yi Cui und seinem Team an der Stanford University. Dieses Verfahren nutzt Elektrodialyse mit einer lithiumselektiven Membran, um Lithiumionen effizient aus hochsalzhaltigen Solen zu extrahieren. Es wird behauptet, dass dieses Verfahren die Kosten auf etwa 3.500 bis 4.400 US-Dollar pro Tonne Lithium reduzieren kann, was deutlich unter den aktuellen Methoden liegt, die etwa 9.100 US-Dollar pro Tonne kosten. Zudem verbraucht es nur ein Zehntel der Energie und ist umweltfreundlicher.

Bewertung im Kontext der Challenge-Anforderungen:

Kosteneffizienz: Die angegebenen Kosten von 3.500 bis 4.400 US-Dollar pro Tonne Lithium liegen unter dem Zielwert von 10.000 US-Dollar pro Tonne LCE, was ein positiver Aspekt ist.

Reinheit und Rückgewinnung: Mit einer Lithiumselektivität von 100 % besteht das Potenzial, die geforderte Reinheit von über 99,5 % und eine Rückgewinnungsrate von über 90 % zu erreichen.

Prozessvereinfachung: Das Verfahren könnte die Anzahl der notwendigen nachgelagerten Verarbeitungsschritte reduzieren, da es Lithium direkt und selektiv extrahiert.

Umweltfreundlichkeit: Der geringere Energieverbrauch und die Vermeidung umweltschädlicher Chemikalien entsprechen den Anforderungen an Sicherheit und Umweltverträglichkeit.

Bedenken und potenzielle Einschränkungen:

Skalierbarkeit: Es wird erwähnt, dass teure Materialien und empfindliche Strukturen derzeit ein Hochskalieren erschweren. Die Challenge sucht jedoch nach Verfahren, die potenziell auf 10.000 Tonnen LCE pro Jahr skalierbar sind.

Technologiereife: Da das Verfahren noch in der Forschungsphase ist und weitere Untersuchungen erfordert, könnte es als "unerprobte Technologie in einem sehr frühen Stadium" eingestuft werden, deren Implementierung Jahre dauern könnte. Dies widerspricht den Ausschlusskriterien der Challenge.

Verfügbarkeit von Ausrüstung: Falls das Verfahren spezielle oder nicht standardisierte Geräte erfordert, könnte dies gegen die Vorgabe verstoßen, dass keine maßgeschneiderten, hochentwickelten Geräte benötigt werden.

Fazit:

Die vorgeschlagene Lösung ist innovativ und zeigt großes Potenzial, die Lithiumgewinnung kostengünstiger und umweltfreundlicher zu gestalten. Sie erfüllt viele der geforderten Kriterien der Challenge, insbesondere hinsichtlich Kosteneffizienz und Umweltverträglichkeit.

Jedoch gibt es erhebliche Bedenken bezüglich der Skalierbarkeit und Technologiereife. Da das Verfahren noch nicht in industriellem Maßstab erprobt ist und weitere Forschung benötigt, könnte es die Anforderungen der Challenge nicht vollständig erfüllen. Insbesondere die Vorgabe, dass Lösungen nicht auf unerprobten Technologien basieren sollten, deren Implementierung Jahre dauern wird, ist hier relevant.

Empfehlung:

Es wäre sinnvoll, diese Lösung weiter zu verfolgen und ihre Entwicklung zu beobachten. Für die aktuelle Challenge könnte sie jedoch aufgrund der genannten Einschränkungen nicht die optimalste Wahl sein. Eine Lösung, die bereits näher an der industriellen Umsetzung ist und die Skalierbarkeitsanforderungen erfüllt, wäre voraussichtlich besser geeignet. Schreibe mir bitte deine Lösung wenn diese Lösung alle oder alle mesten Anforderungen erfüllt.