Elektromos járművek, okosórák, telefonok, elektronikai cikkek: a lítium megannyi, mára hétköznapivá vált tárgyunk mozgatórugója. A felhasználásával készített akkumulátorok rengeteg területen megtalálhatók, azonban a lítium beszerzése számos kérdést felvet mind környezetvédelmi, mind gazdasági, mind pedig egészségügyi szempontból. A kulcs az újrahasznosítás vagy a lítium kiváltása lehet, azonban minden hiába, ha ezek egyike sem történik meg. Mi a gond a lítiummal, és hogyan lehet előremutatóbb a használata?

A lítium alkálifém, mely elemi állapotában lágy, ezüstfehér színű. Az alkálifémek reaktív, gyúlékony anyagok, így a természetben elemi állapotban nem találhatók meg, csak vegyületek formájában: ezek általában ionosak. A lítium számos pegmatit ásványban előfordul, de oldhatósága miatt az óceánban is megtalálható. Iparilag a lítium-klorid és a kálium-klorid keverékének elektrolízisével különítik el és állítják elő.

A lítium és annak vegyületei számos formában megtalálhatók ipari felhasználásban: hőálló üvegek, kerámiák, ötvözetek, elemek és a mindenki által emlegetett lítiumion-akkumulátorok fontos alkotóeleme.

A lítium José Bonifácio de Andrada e Silva brazil vegyész és politikus és Johan August Arfwedson nevéhez köthető. Előbbi az első lítiumtartalmú anyagot, a petalitot, utóbbi magát a lítiumot fedezte fel. Ezzel pedig alapjaiban változtatták meg a mai technológiát, és indították el a lítiumról szóló viták lavináját.

Mire használják a lítiumot?

Évtizedek óta használjuk, rendkívül sokoldalú, azonban nemcsak előállítása, hanem töltése és újrahasznosítása is rendkívül környezetszennyező. Éppen ezért kiváltására és újrahasznosítására is alternatívát keresnek.

Jelenleg az alábbi területeken alkalmaznak lítiumot:

• akkumulátorgyártás,
• vegyipar,
• optikai területek,
• gyógyászat,
• hadiipar,
• atomfizika.

Lítiumakkumulátorok

Mivel legismertebb és leggyakoribb felhasználási területe a különféle akkumulátorok gyártása, ez is okozza a legtöbb visszhangot. Ugyanis a lítium-ion-akkumulátorok táplálják telefonjainkat, számítógépeinket és egyre inkább elektromos járműveinket is. Ezenkívül a szélturbinák és a napelemek termelte zöld energiát is óriási akkumulátorcellákban tárolják, melyekhez szintén lítium-ion szükséges.

Habár ez alapján mondhatnánk azt is, hogy a fenntartható energiatárolás és közlekedés magja a lítium, akad egy kis bökkenő. Ez pedig a lítium-ion-akkumulátorok újrahasznosításában keresendő. Ez ugyanis meglehetősen összetett és veszélyes feladat.

A korábban használt ólomsavas akkumulátorok újrahasznosítási módja ugyanis nem kompatibilis a lítiumos akkumulátorokéval. Ezek ugyanis összetettebbek és veszélyesebbek, különösen akkor, ha nem megfelelő módon szerelik szét őket.

Kapcsolódó bejegyzések

Mennyire környezetbarát valójában az elektromos autó?

Ahogyan az elektromos autók gyorsulva terjednek világszerte, újra és újra felvetődik a kérdés, hogy valójában hogyan viszonyul az elektromos autó környezeti hatása a belsőégésű motorral rendelkező modellekéhez.

A korábbi újrahasznosítási folyamat így nézett ki:

1. az akkumulátor részeit porrá őrlik,
2. az így keletkezett port megolvasztják vagy feloldják savban.

Ez azonban a lítium-ion-akkumulátorok esetében nem működik, mivel ezek sok különböző alkatrészből állnak, amelyek felrobbanhatnak, ha nem szerelik szét gondosan őket. És még akkor is, ha ez sikerül, a termékeket nem könnyű újrafelhasználni. Éppen ezért ez a folyamat drága, nem biztonságos, és a legtöbb esetben nem éri meg a gyártóknak.

Mi a gond a lítium-ion-akkumulátorokkal?

A fő probléma tehát az, hogy a szóban forgó akkumulátoroknak csak körülbelül 5%-át hasznosítják újra világszerte, ami azt jelenti, hogy a legtöbb egyszerűen hulladék lesz.

De nem csak az újrahasznosítás okoz gondot a lítium használata kapcsán. Az akkumulátorokhoz szükséges anyagok bányászata ugyanis hatalmas erőforrásokat igényel: egy tonna lítium kitermeléséhez 500 000 gallon (2 273 000 liter) víz szükséges. Ezért maga a bányászat sem nevezhető környezetkímélőnek, holott az elektromos járművek élettartamuk során segíthetnek csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást, az őket tápláló akkumulátorok azonban nagy környezeti lábnyommal kezdik meg életútjukat.

Kapcsolódó bejegyzések

Miért kellene többet törődnünk a vizes élőhelyekkel?

A szakemberek egyöntetű véleménye szerint a vizes élőhelyek megóvása és rehabilitációja segíthet megküzdeni az éghajlati válsággal. Ráadásul számos olyan ökoszisztéma szolgáltatást is nyújtanak, melyek haszna felbecsülhetetlenül nagy.

Arról nem is beszélve, hogy a hordozható elektronikai eszközeink nagy részében lítiumot használnak, így az újrahasznosítás mellett szól az is, hogy ezek az eszközök ne a kukában végezzék.

A környezeti terhelés, a szükséges energiaráfordítás pedig épp elég indok ahhoz, hogy a hatékonyabb újrahasznosítás és a kiváltó anyagok mielőbb napirendre kerüljenek. A növekvő igények is ebbe az irányba tolják az ipart: a rohamosan fejlődő elektromos autók és az irántuk növekvő kereslet szükségessé teszi, hogy mielőbb megoldást találjanak a fenti problémákra.

A lítium bányászata

Korábban a kemény kőzetekből vonták ki az anyagot, mára azonban a sós vizek és az ásványok váltak domináns lelőhelyekké, főként Chilében, Bolíviában és Argentínában. Mivel a lítiumbányászat során elsősorban a sós vizekből oldják ki az anyagot, ez komoly problémát jelent a vízben élő állatokra, növényekre egyaránt. A bányászat során ugyanis erőteljesen szennyezik a vizet, ami a víz élővilágát és a környezetét is károsítja.

A lítium rossz hatásai az alábbiak:

• nagy mennyiségű víz használata;
• vízszennyezés; 
• a szén-dioxid-kibocsátás lehetséges növekedése; 
• nagy mennyiségű ásványi hulladék előállítása; 
• fokozott légzési problémák; 
• a hidrológiai ciklus megváltozása.

Habár az igaz, hogy hogy az elektromos autók és más, lítiummal működő tárgyunk kedvezhet a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének, azt azonban nem hagyhatjuk figyelmen kívül, hogy a lítium kitermelésével kapcsolatos kibocsátási költségek, az átállás nem biztos, hogy olyan hatékony, mint gondolnánk. Különösen akkor, ha a bányászok nem tiszta energiát használnak.

Azonban egyre több kutatás zajlik annak érdekében, hogy a lítiumot más, kevéssé káros anyagra cserélhessék mindennapi tárgyainkban.

A lítium alternatívái

Az alábbi anyagok ígéretes megoldást jelenthetnek:

1. Vizes magnézium: a nyolcadik leggyakoribb elem, nem mérgező, negatív elektrokémiai potenciállal rendelkezik, és további vegyértékelektronjának köszönhetően nagy kapacitású. A fő probléma ezzel a fémmel a nedvességgel szembeni affinitása és passziválódása vizes környezetben. Egyszerűbben fogalmazva, a magnézium védő inert oxidréteget képez a felületén, amikor csak alkalom nyílik rá, ami szinte lehetetlenné teszi reaktív akkumulátoranódként való használatát. Egy kutatás során a só és a víz kombinálásával ezt a passzivációs réteget szabályozni tudják, amely így működőképes és hatásos megoldás lehet. Azonban fontos tudni, hogy a folyékony elektrolitokat tartalmazó akkumulátorok hajlamosak túlmelegedni, szivárogni és idővel töltést veszíteni, ami gyenge teljesítményhez vagy legrosszabb esetben gyulladásveszélyhez vezethet. 
2. Szilárdtest-akkumulátorok: azok az akkumulátorok, melyekben szilárd elektrolitot használnak, megszüntetnék a fent említett problémákat, de egészen a közelmúltig mindez megfoghatatlan technológia volt. A Toyota például jól halad az ilyen típusú akkumulátorok tesztelésével, és 2025-ig akár el is kezdhetik az ilyen meghajtású járművek bevezetését.
3. Nátrium: a nátrium az 1. csoportba tartozó alkálifém, amely a lítiuméval megegyező tulajdonságokkal rendelkezik, de a tengervízben található bőséges mennyisége miatt szinte mindenhol megtalálható a Földön. A nátriumalapú akkumulátorok drasztikusan csökkentenék az akkumulátortechnológia költségeit, és szükségtelenné válnának a költséges és környezetre ártalmas lítiumbányászati ​​megoldások.
4. Tengervíz: az új akkumulátorok akár az óceánból is származhatnak a föld mélye helyett. Az IBM Research 2019-es jelentése leleplezte a számítástechnikai óriás titkos anyagtudományi törekvését, aminek lényege három olyan szabadalmaztatott, tengervízből származó anyag beszerzése, amelyek a jelenlegi lítiumtechnológiával egyenértékű vagy nála jobb akkumulátorok előállítására használhatók. 
5. Grafén: a grafén nemcsak 100-szor erősebb, mint az acél, hanem jó töltési és vezetőképessége is van. A grafénakkumulátor-technológia lehetséges versenytársa lehet a lítiumnak, azonban a tesztelése és a kísérletek még folyamatban vannak.
6. Mangán-hidrogén: a hatodik legelterjedtebb fém, sokkal elterjedtebb, mint a lítium, de számos előnyös kémiai és elektromos tulajdonságát megtartja, amelyek hasznosak az akkumulátorgyártásban. A mangánnal kapcsolatos egyetlen fő probléma az instabilitása, amely idővel megváltoztatja az akkumulátor teljesítményét. Mindez megakadályozta a mangánakkumulátor-technológia fejlődését, azonban a jelenlegi fejlesztések megváltoztatják ezt a tényt.

Akad tehát jó pár olyan megoldás, amely kedvezhet az akkumulátorgyártásnak. Azonban nem csak ilyen területeken alkalmazzák a lítiumot.

A lítium mint gyógyszer és egyéb felhasználási lehetőségei

Fő ipari felhasználása a kohászatban jellemző, ahol az aktív elemet tisztítóként (szennyeződések eltávolítására) használják olyan fémek finomításánál, mint a vas, a nikkel, a réz, a cink és más ötvözetek. 

A lítium sokféle nemfémes elemet megköt, beleértve az oxigént, a hidrogént, a nitrogént, a szenet, a ként és a halogéneket. A lítiumot jelentős mértékben hasznosítják a szerves szintézisben mind laboratóriumi, mind ipari reakciókban. Használják továbbá a szintetikus gumi gyártása során, de a hőálló üveg előállításában is jelentős szerepe van.

Az egészségügyben is alkalmazzák különféle betegségek gyógyításában. A lítium alkalmazása segít csökkenteni az agresszív vagy önkárosító magatartást. Így például a bipoláris zavar terápiája során is alkalmazhatnak lítiumtartalmú gyógyszereket. A terápiás dózis függ a kortól, a betegség súlyosságától, a szedett egyéb gyógyszerektől és a lítium típusától is. A lítiumterápia elsősorban a mentális problémák esetén válik be, a lítium agyban lévő fehérjékkel lép kölcsönhatásba.

Azonban természetesen lehetnek mellékhatásai, ezért szedése csak orvosi előírásra, körültekintően megállapított dózisban lehetséges!

Kiemelt kép: canva