В преддверии Дня науки президент России Владимир Путин вручил премии молодым ученым. Особенное удивление главы государства вызвала технология добычи лития, которой занимается Дмитрий Бутыльский из КубГУ. Ученый рассказал Наука Mail о своих разработках и о том, что нужно сделать, чтобы они стали приносить пользу экономике.
Ценность лития в современном мире трудно переоценить. Он до сих пор остается одним из самых эффективных элементов для автономных источников питания. И хотя сейчас ученые по всему миру пытаются найти ему замену (например, натрий или калий), до сих пор не удалось создать более эффективных батареек, чем литиевые. Причем спрос на аккумуляторы в связи развитием автономной техники и электротранспорта в последние годы значительно вырос.
Ситуацию осложняет то, что в мире не так много месторождений этого стратегического ресурса. Больше половины мировых запасов приходится на «треугольник» в Латинской Америке. У России тоже есть свои запасы, однако металл нужно еще уметь эффективно добыть, не забывая при этом об экологичной переработке уже использованных батареек.
Сито для ионов
Именно этой проблемой уже восемь лет занимаются ученые Кубанского государственного университета, в их числе — Дмитрий Бутыльский. В 2020 году он вместе с коллегами разработал и запатентовал инновационный способ разделения компонентов растворов для извлечения лития из двух источников:
* природных вод;
* отработанных аккумуляторов.
Данный способ отличается низким потреблением реагентов и энергии. Его уникальность состоит в использовании двух движущих сил для разделения ионов: электрической и силы давления. Это позволяет напрямую «отфильтровывать» наименее подвижные ионы лития от более быстрых ионов натрия, калия, кальция и магния. В технологических схемах извлечения лития из минерального и рассольного сырья этот этап обычно требует использования избыточного количества реагентов
Дмитрий Бутыльский
руководитель лаборатории «Современные литиевые технологии» КубГУ
По традиционному методу из «сборной солянки» постепенно отделяют то один элемент, то другой. Для этого требуется огромное количество химикатов. Чтобы ускорить процесс, обычно используется своеобразное «сито» — селективные мембраны.
Исследованиями этого метода занимаются ученые по всему миру. Зачастую мембраны дорого стоят, а выход лития дают низкий. Разработчики КубГУ выбрали особый подход: они используют так называемые трековые мембраны, которые изготавливаются по заказу в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) под руководством Павла Апеля.
«Мембрана не является селективной, т.е. разделяемые ионы проходят через нее без труда. Их размер в десятки раз меньше размера нанопор мембраны. Весь фокус в реализации процесса. Литий самый медленный в электрическом поле ион в указанной смеси. Чтобы остановить его перенос вовсе, мы используем избыточное давление, которое по сути и является селективным барьером», — объяснил Кубанский.
Быстрые ионы пролетают, а медленные задерживаются. Но это лишь часть процесса. Затем в дело вступают другие мембраны — ионообменные. При работе с растворами часто образуются нерастворимые соли магния и кальция, которые покрывают поверхность функционального материала и все портят. Кубанские ученые научились бороться с этим и запатентовали усовершенствованные конструкции электродиализаторов.
Перспективы
Гибридный метод апробирован при извлечении лития из природных рассолов, а также растворов выщелачивания отработанных литий-ионных аккумуляторов, прошедших предварительную обработку. Технология подходит для переработки высокоминерализованных вод в литиевых регионах России, где традиционные схемы экономически или технически неэффективны. Технология уже вызывает практический интерес у индустрии, что открывает путь к ее реальному внедрению.
Пока речь идет о нескольких лабораторных стендах в КубГУ, которые создавались в рамках проектов, поддержанных Российским научным фондом, Министерством науки и высшего образования РФ и Кубанским научным фондом. В 2025 году в университете была создана специальная лаборатория «Современные литиевые технологии», которую и возглавил Бутыльский.
Одной из проблем, которые предстоит решить, является недостаток мембранных материалов. В России ионообменные мембраны почти не производят, несмотря на то, что они нужны не только для добычи лития, но и получения водорода, синтеза реагентов, извлечения токсинов, разработки новых датчиков и проч. Поэтому, если рассчитывать себестоимость добычи, самый большой вклад в нее будут вносить именно мембраны.
Много ученых-специалистов в данной области работает в России. Но на базе Кубанского государственного университета уже примерно 50 лет существует мембранная научная школа. Поэтому я говорю об актуальности создания на Кубани Мембранного центра для производства современных отечественных мембранных материалов. То есть он решал бы много практических задач сразу
Дмитрий Бутыльский
руководитель лаборатории «Современные литиевые технологии» КубГУ
Предлагаемый кубанскими учеными способ добычи лития и ресурсов не только экономит ресурсы и энергию, но и снижает нагрузку на окружающую среду, поскольку является наиболее экологичным. Стоит рассчитывать, что президентская премия и личное внимание Путина к этой теме дадут литиевому направлению второе дыхание.
#КуZбасс #ZаРодину #ZаПобеду #ЗаРоссию #ZаМир #kuZinfoZaПобеду #куZинфоZаПобеду #куZинфоЗАпобеду #ZаПрезидента #ZаПутина #ZaPutina
Официальные аккаунты КузИнфо.ру в соцсетях: Одноклассники, ВКонтакте, X - KuzInfo, Яндекс Дзен, Rutube
