Verdens største kendte lithiumaflejring findes inden for en enorm saltpande kaldet Salar de Uyuni, der strækker sig i tusinder af kvadrat miles ovenpå et højt, tørt andansk plateau i Bolivia. I det meste af året kaster saltkrystaller terrænet, hvidt som konditorens sukker. I den våde sæson spejler det at samle regnvand de omkringliggende bjerge og himmel.
“Salaren er et magisk sted for rejsende fra hele verden, der kommer for at se farverne, refleksioner, i dette uendelige hvide landskab,” sagde Avner Vengosh, Nicholas formand for miljøkvalitet ved Duke University Nicholas School of Environment.
Hvad de fleste turister ikke ser, er den enorme reserve af lithium opløst i stærkt saltvand eller salt, saltlage lige under deres sko. Indeholdt i sedimenter og salte, der falder et par meter til mere end 160 fod under overfladen, kan denne uudnyttede trove potentielt være en nøgleressource for sektoren for vedvarende energi.
I de sidste par år er Vengosh, der også er formand for Division of Earth and Climate Sciences på Nicholas School, og Ph.D. Student Gordon Williams har arbejdet med at forstå de potentielle miljømæssige sundhedsmæssige konsekvenser af lithiumminedrift, både i USA og i udlandet.
Rapportering i Miljøvidenskab og teknologi breve I januar gennemførte duoen den første grundige kemiske analyse af spildevand forbundet med minedrift af lithium saltvand ved Salar de Uyuni. Deres fund kunne informere strategier for at styre fremtidige minedrift mere bæredygtigt og beskytte det skrøbelige Salar -miljø.
Lithium-brine-minedrift indebærer i øjeblikket en flertrinsproces, der generelt går som denne: saltvand pumpes fra under overfladen ind i en række lavvandede fordampningsdamme. Når flydende fordamper i successive damme, udfælder uønskede salte. Lithium bliver imidlertid mere koncentreret i saltvand på hvert trin.
Det koncentrerede lithium flyttes til sidst fra fordampningsdamme til en nærliggende facilitet til behandling til lithiumcarbonat – det materiale, der går i genopladelige batterier.
Lithiumekstraktion ved Salar de Uyuni er i de foreløbige stadier. Imidlertid har forskning vist, at langvarig minedrift af lithium saltvand i andre saltpander, såsom Salar de Atacama i Chile, kan få grundvandsniveauer til at falde og lande til at falde eller synke. Sådanne virkninger kan påvirke fremtiden for lithiumminedrift på Salar de Uyuni, ifølge Vengosh.
Til deres undersøgelse analyserede Williams og Vengosh kemi af lithium saltvand og affaldsmaterialer forbundet med en pilotminedrift ved Salar de Uyuni. Især var de interesseret i at bestemme surhedsgraden og tilstedeværelsen af sporstoffer, såsom arsen, et giftigt metal, der kan forårsage en række sundhedsmæssige problemer hos udsatte mennesker og dyreliv.
Prøver fra minesiden inkluderede naturlig saltvand pumpet fra underjordisk; saltvand fra otte fordampningsdamme; og spildevand fra lithiumforarbejdningsanlægget.
I naturlige saltvandsprøver målte teamet arsenniveauer mellem 1 og 9 dele pr. Million såvel som relativt neutral surhed. Til sammenligning blev fordampningsdams saltlage stadig mere sur, da den blev mere koncentreret.
Arsenniveauer steg også dramatisk fra dam til dam. For eksempel afslørede den sidste dam arsenniveauer på næsten 50 dele pr. Million – ca. 1.400 gange højere end benchmarket, der betragtes som økologisk acceptabel af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur.
“Dette arsenniveau er ekstremt højt,” bemærkede Vengosh. “Min gruppe har arbejdet over hele verden – i Afrika, Europa, Vietnam, Indien – og jeg tror ikke, vi nogensinde har målt det niveau af arsen.”
Som forfatterne bemærkede, kunne lækkende eller forsætlig udledning af saltvand fra fordampningsdamme til den omgivende saltpande have negativ indflydelse på dyrelivet.
“Der er en risiko for bioakkumulering,” sagde Williams og henviste til den proces, hvormed kemikalier opbygges i organismer over tid, med potentielt skadelige konsekvenser. Flamingoer lever for eksempel på lokale saltvandrejer, som er følsomme over for arsen på niveauer over 8 dele pr. Million.
Holdet fandt også, at niveauer af bor – hvilket potentielt kan forårsage sundhedseffekter afhængigt af eksponeringens art – øget fra fordampningsdam til fordampningsdam. I modsætning hertil viste spildevand fra lithiumforarbejdningsanlægget relativt lave niveauer af bor og arsen svarende til og i nogle tilfælde lavere end niveauer, der findes i de naturlige saltvand.
Derudover undersøgte Williams og Vengosh de potentielle konsekvenser af at tage brugt saltvand – det vil sige saltlage tilbage, efter at lithium er fjernet – eller spildevand fra lithiumbehandling og injicerer den tilbage i lithiumaflejringen. Lithium-miningindustrien har indikeret, at disse tilgange kan modvirke landets forsyn.
Holdet fandt, at begge injektionsmetoder ville have uønskede konsekvenser. For eksempel vil den brugte saltvand sandsynligvis blande dårligt med naturlig saltvand, hindre strømmen af saltvand under overfladen og potentielt forstyrre pumpning. På den anden side kan injektion af spildevand tilbage i aflejringen fortynde lithiumressourcen.
En potentiel løsning til at forhindre landets forsænkning ville være at omhyggeligt blande brugt saltvand med spildevand for at opnå en kemisk balance med den naturlige saltvand, indikerede forfatterne. Imidlertid bør fremtidige undersøgelser yderligere undersøge de miljømæssige konsekvenser af denne strategi, tilføjede de.
På deres side vender Williams og Vengosh deres opmærksomhed på lithiums oprindelse ved Salar de Uyuni.
“Vi bygger en geokemisk model for at forstå, hvorfor lithium er beriget i disse saltvand,” forklarede Williams. “Hvad er kilden? Og hvad er mekanismen, der forårsager denne koncentration?”
Derudover Williams, Vengosh og Ph.D. Student Hannah Wudke samarbejder med et andet Nicholas-skoleteam-ledet af John O. Blackburn Distinguished Professor Erika Weinthal-for at forstå, hvordan lithium-brine-minedrift ved Salar de Uyuni kunne påvirke sundheden og velbefindende i de nærliggende oprindelige samfund.
“Vi ser lithium som fremtiden for energisikkerhed, så vi prøver at analysere den fra forskellige vinkler for at sikre bæredygtig udvikling og forsyninger,” sagde Vengosh.