Het geothermische veld van de Salton Sea in Californië bevat mogelijk genoeg lithium om aan alle Amerikaanse batterijbehoeften te voldoen, met zelfs genoeg over om een ​​deel ervan te exporteren. Maar hoeveel van dat lithium kan er op een duurzame en milieuvriendelijke manier gewonnen worden? En hoe lang gaat de bron mee? Dit zijn slechts enkele van de vragen die onderzoekers hopen te beantwoorden in een nieuw project dat wordt gesponsord door het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE).

Er zijn momenteel 11 commerciële fabrieken in het Salton Sea-veld die geothermische energie produceren, een schone, hernieuwbare vorm van energie waarbij hete vloeistoffen uit de diepe ondergrond worden opgepompt en de warmte vervolgens wordt omgezet in elektriciteit. Normaal gesproken zou de gekoelde vloeistof gewoon ondergronds opnieuw worden geïnjecteerd, maar het idee is om eerst het lithium uit de pekel te halen voordat het weer wordt geïnjecteerd.

Met de druk van Californië en vele andere staten en landen om de acceptatie van elektrische voertuigen (EV's) uit te breiden, zal de vraag naar batterijen - en het lithium dat nodig is om die batterijen te maken - omhoogschieten. Met bijna 1,2 miljoen dollar aan steun van DOE's Geothermal Technologies Office, zullen wetenschappers van Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), UC Riverside en Geologica Geothermal Group, Inc. samenwerken om het lithium in dit hypersaline geothermische reservoir, gelegen ver onder het aardoppervlak nabij de Salton Sea in Imperial County.

Het project is de eerste uitgebreide wetenschappelijke poging om Californië's zogenaamde "Lithium Valley" in kaart te brengen en een gedetailleerd inzicht te krijgen in de mineraalrijke ondergrondse pekel in het geothermische systeem van de Salton Sea. Met behulp van een elektronenmicroscoop en andere geavanceerde analytische hulpmiddelen hopen ze bijvoorbeeld de minerale bronnen van lithium te leren kennen en of de rotsen de pekel zullen "opladen" met lithium nadat het uit de geproduceerde vloeistoffen is geëxtraheerd.

Het projectteam zal ook mogelijke milieueffecten onderzoeken - om te kwantificeren hoeveel water en chemicaliën nodig zijn voor lithiumextractie, luchtkwaliteit tijdens het extractieproces en mogelijke geïnduceerde seismische activiteit van de bijbehorende geothermische energieproductie.

"We zijn verheugd Berkeley Lab te financieren om deze rijke en gedetailleerde analyse van het potentieel aan lithiumbronnen in de Salton Sea te ontwikkelen. Dit project zal kritische inzichten verschaffen over de ondergrond die ons zullen helpen een binnenlandse lithiumtoeleveringsketen veilig te stellen met behulp van de meest milieuvriendelijke, datagestuurd pad", zegt Alexis McKittrick, programmamanager voor hydrothermische bronnen bij het Geothermal Technologies Office van DOE.

"Het geothermische systeem in de Salton Sea is de belangrijkste potentiële geothermische hulpbron voor lithium in de Verenigde Staten, en het is een hulpbron van wereldklasse", zegt Pat Dobson, de Berkeley Lab-wetenschapper die het project leidt. "Maar er is een breed scala aan schattingen in termen van de omvang van de hulpbron, en ook geen goed begrip van waar het lithium vandaan komt, de snelheid waarmee het in de loop van de tijd zou afnemen met extractie van lithium uit de geothermische pekel, en of het zou worden aangevuld door het resterende lithium in de gastgesteenten."

Momenteel wordt het grootste deel van de lithiumvoorraad in de wereld gewonnen uit open mijnen, die veel voorkomen in China en Australië, of gewonnen uit zoutafzettingen of zoutmeren in Zuid-Amerika. Lithium wordt verkregen uit deze enorme afzettingen (de grootste salar, gelegen in Bolivia, is zo groot als het "grote eiland" van Hawaï) door simpelweg het ondiepe grondwater op te pompen en het een jaar of twee te laten staan ​​terwijl de zon het water verdampt .

Maar aan beide methoden zijn ernstige milieuproblemen verbonden. "We denken dat geothermische lithium een ​​van de minst milieubelastende manieren is om lithium te verkrijgen", zegt Dobson, een expert in geothermische energie en een belangrijke bijdrage aan het Lithium Resource Research and Innovation Center van Berkeley Lab. "We willen begrijpen hoe we eventuele bijwerkingen op het milieu kunnen verminderen om het nog gunstiger te maken."

Het 'Saoedi-Arabië van lithium'

De potentiële omvang van de lithiumvoorraad in de Salton Sea is onthutsend. Gouverneur Gavin Newsom noemde Californië onlangs het 'Saoedi-Arabië van lithium' en de staat heeft vorig jaar de Lithium Valley Commission opgericht om onderzoek te doen naar en een rapport te schrijven over de mogelijkheden.

UC Riverside-geochemicus Michael McKibben, die sinds de jaren zeventig het geothermische veld Salton Sea bestudeert, is het eens met het potentieel.

"Als je een back-of-the-envelope berekening maakt, kun je jezelf ervan overtuigen dat er ergens tussen de 1 en 6 miljoen ton lithium in dat veld zit," zei hij. "Dat zou de grootste pekelbron van lithium ter wereld zijn, groter dan enige individuele Zuid-Amerikaanse salar-afzetting. Het is dus een groot aantal, en het betekent dat het potentieel er is voor - nogmaals, back-of-the-envelope berekeningen - zoiets als 50 tot 100 jaar aan lithiumproductie."

McKibben, emeritus hoogleraar, en Maryjo Brounce, assistent-professor bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen, leiden de UC Riverside-inspanning in dit project. Brounce, een petroloog van opleiding, zal instrumenten gebruiken om in kaart te brengen waar het lithium zich in de reservoirrotsen bevindt en in welke vorm het zich bevindt. Deze geochemische karakterisering zal vervolgens worden opgenomen in modellen om de snelheid van herlevering van lithium aan geothermische vloeistoffen te beoordelen.

'We zullen kijken hoe snel je zou verwachten dat de hulpbron wordt geregenereerd - zijn het eeuwen? Decennia?' aldus Brons. "Die chemische reactiesnelheden zullen afhangen van waar in de rots lithium vrij sterk is opgeslagen, dus het kan helpen bij het creëren van een voorspellend hulpmiddel."

Dit werk vormt een aanvulling op geochemische studies die worden uitgevoerd door onderzoekers in Europa, die ook het potentieel van geothermische pekels voor de levering van lithium onderzoeken.

Sterke ondersteuning van de branche

Verschillende bedrijven zijn begonnen met proefoperaties in de Salton Sea om lithium te winnen, waaronder Berkshire Hathaway Energy (BHE) en Controlled Thermal Resources. (Berkeley Lab heeft projecten met beide in het kader van subsidies van de California Energy Commission.) Voor dit nieuwe project zullen Berkeley Lab en UC Riverside gegevens gebruiken van bedrijven die actief zijn in het gebied, evenals gepubliceerde documenten en veldgegevens van de staat Californië's Geologic Energy Beheer (CalGEM) databases.

"We hebben betere gegevens nodig over de chemie van de pekel en hun lithiumgehalte en hoe het wordt verdeeld in termen van positie en diepte in het geothermische veld", zei McKibben. "We hebben de geothermische bedrijven gevraagd om hun pekelgegevens met ons te delen. Pat en zijn groep zullen dat in een database plaatsen. Als we dan de database kunnen gebruiken om lithiumconcentratie te correleren met zaken als temperatuur, chloorgehalte en andere fysische en chemische parameters, kunnen we voorspellen hoeveel lithium er in de pekel zit in delen van het veld die nog niet volledig zijn uitgeboord."

BHE heeft toegezegd met het onderzoeksteam samen te werken. "BHE Renewables ondersteunt deze onderzoeksinspanningen en kijkt ernaar uit om het Lawrence Berkeley National Laboratory te helpen bij deze belangrijke studie", zegt Jonathan Weisgall, vice-president van de regering van BHE.

De visie is dat lithium uit het geothermische veld in de buurt van de Salton Sea op een dag de basis zal vormen voor een nieuwe binnenlandse batterij-industrie in de Verenigde Staten, die de broodnodige economische groei zal genereren in Imperial County, de provincie met het laagste inkomen per hoofd van de bevolking in Californië.

"We moeten studenten laten begrijpen dat ze zeer lucratieve carrières kunnen hebben met groene energie", zei McKibben. "Dit is een kans om dat te doen."