Een baanbrekende nieuwe studie die onlangs is gepubliceerd in het tijdschrift Earth's Future en geleid door onderzoekers van de Universiteit van Massachusetts Amherst in samenwerking met de Universiteit van Alaska Anchorage, is de eerste die de hydrologische impact van lithiummijnbouw volledig verklaart. Aangezien lithium het belangrijkste onderdeel is van de lithium-ionbatterijen die cruciaal zijn voor de overgang van fossiele brandstoffen naar groene energie, is het van cruciaal belang om volledig te begrijpen hoe het kostbare element op verantwoorde wijze kan worden verkregen.

Eerdere studies hebben geen aandacht besteed aan twee van de belangrijkste factoren om te bepalen of lithium op verantwoorde wijze wordt verkregen:de leeftijd en de bron van het water waarin het lithium wordt aangetroffen. Deze eerste studie in zijn soort is het resultaat van meer dan een decennium van onderzoek, en het suggereert dat totaal het waterverbruik in de Salar de Atacama overschrijdt de bevoorrading, hoewel, zoals het team ook aangeeft, de impact van lithiumwinning zelf relatief klein is. Lithiumwinning is goed voor minder dan 10% van het zoetwatergebruik en de winning van pekel houdt geen verband met veranderingen in oppervlaktewaterkenmerken of bekkenwateropslag.

Lithium, zegt David Boutt, hoogleraar geowetenschappen aan de UMass Amherst en een van de co-auteurs van het artikel, is een vreemd element. Het is het lichtste van alle metalen, maar het houdt er niet van om in vaste vorm te zijn. Lithium komt meestal voor in lagen vulkanische as, maar reageert snel met water. Wanneer regen of gesmolten sneeuw door de aslagen stroomt, lekt lithium uit in het grondwater, bergafwaarts totdat het bezinkt in een vlak bassin waar het in oplossing blijft als een zilte mix van water en lithium. Omdat deze pekel zeer dicht is, bezinkt hij vaak onder zakken zoet oppervlaktewater, die bovenop de lithiumrijke vloeistof eronder drijven. Deze zoetwaterlagunes worden vaak toevluchtsoorden voor unieke en kwetsbare ecosystemen en iconische soorten zoals flamingo's.

Meer dan 40 procent van 's werelds bewezen lithiumafzettingen bevinden zich in de Salar de Atacama, een enorme, dorre Chileense zoutvlakte van ongeveer 850 vierkante mijl, en de locatie van het onderzoek. De Salar de Atacama herbergt een aantal ecologisch unieke natuurreservaten en is ook het voorouderlijk huis van verschillende inheemse gemeenschappen van Atacameño, met wie het UMass-team heeft samengewerkt. Omdat de zoutpannen zo ecologisch kwetsbaar zijn en afhankelijk zijn van schaarse zoetwatervoorraden, loopt het gebruik van water in de Salar de Atacama het risico zowel de ecologische gezondheid van de regio als de inheemse manier van leven te verstoren.

En toch was er tot nu toe geen alomvattende benadering om het watergebruik of de impact van lithiumwinning in de Salar de Atacama te meten.

Complexe hydrologie in Chileense zoutvlakte

"Om het milieu-effect van lithiumwinning te begrijpen", zegt Brendan Moran, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in geowetenschappen aan de UMass Amherst en de hoofdauteur van het artikel, "moeten we de hydrologie begrijpen in de regio waarin het lithium wordt gevonden. Die hydrologie is veel complexer dan eerdere onderzoekers het hebben toegeschreven."

Om de complexiteit en de eerdere misvatting over de hydrologie van de Salar de Atacama te illustreren, gebruiken Moran en Boutt de metafoor van een bankrekening. Stel je voor dat je elke maand een salaris krijgt; wanneer u uw chequeboek in evenwicht brengt, zolang uw maandelijkse uitgaven uw maandelijkse inkomen niet overschrijden, bent u financieel duurzaam. Eerdere studies van de Salar de Atacama gingen ervan uit dat de zeldzame regenval en seizoensgebonden afvoer van de bergketens die het omringen de enige verantwoordelijke waren voor de waterstanden in de zoutvlakten, maar het blijkt dat die veronderstelling onjuist is.

Met behulp van een verscheidenheid aan watertracers die het pad kunnen volgen dat water aflegt op weg naar de Salar de Atacama, evenals de gemiddelde leeftijd van water in verschillende waterlichamen, inclusief oppervlaktewateren en ondergrondse watervoerende lagen, ontdekten Moran en zijn collega's dat hoewel lokale regenval van cruciaal belang is, is meer dan de helft van het zoetwater dat de wetlands en lagunes voedt minstens 60 jaar oud. "Omdat deze regio's zo droog zijn en het grondwater zo oud", zegt Moran, "reageert het algehele hydrologische systeem heel langzaam op veranderingen in klimaat, hydrologie en watergebruik." Tegelijkertijd kunnen kortdurende klimaatveranderingen, zoals de recente grote droogte en extreme neerslaggebeurtenissen, aanzienlijke en snelle veranderingen veroorzaken in het oppervlaktewater en de kwetsbare habitats die ze in stand houden. Gezien het feit dat klimaatverandering waarschijnlijk ernstigere droogtes in de regio zal veroorzaken, kan dit de waterbegroting van het gebied verder onder druk zetten.

Om terug te keren naar de boekhoudkundige metafoor:het salaris wordt waarschijnlijk kleiner en komt niet maandelijks, maar over een periode van minstens 60 jaar, wat betekent dat onderzoekers het waterverbruik op een veel langere tijdschaal moeten monitoren dan ze momenteel doen , terwijl ook aandacht wordt besteed aan grote gebeurtenissen, zoals droogtes, in de regio.

Voor volledige hydrologische monitoring zijn aanvullende tools nodig in combinatie met deze geochemische tracers. De UMass- en UAA-teams gebruikten watergebruiksgegevens van de Chileense overheid en satellietbeelden, waardoor ze de veranderende omvang van wetlands in de afgelopen 40 jaar, regenmeters en satellietmetingen konden beoordelen om veranderingen in neerslag in dezelfde periode te bepalen.

Gezien hoe lang het duurt voordat grondwater zich in het bassin verplaatst, "kunnen de effecten van overmatig watergebruik nog steeds hun weg vinden door het systeem en moeten ze nauwlettend worden gevolgd", zegt Moran, "mogelijke effecten kunnen tientallen jaren in de toekomst aanhouden ."

Uiteindelijk is dit uitgebreide raamwerk, dat werd gefinancierd door BMW Group en BASF, van toepassing tot ver buiten de Salar de Atacama. "Het is een moderne benadering van waterbeheer", zegt Boutt.