Королевский монетный двор, официальный производитель монет в Великобритании, открыл в Южном Уэльсе завод, на котором из старых печатных плат извлекается золото. На объекте площадью около 3700 м² будут добывать полтонны золота в год.

Источник изображения: royalmint.com

На новом объекте Королевского монетного двора используются реактивы, разработанные канадской компанией Excir. Применяемая здесь технология позволяет извлекать из печатных плат, используемых в бытовой электронике, включая телевизоры, ноутбуки и мобильные телефоны, высококачественное золото пробы 999,9. Извлечением драгоценных металлов из печатных плат занимаются и крупные технологические компании. У Dell есть программа переработки электронных отходов — ещё в 2018 году в её рамках перерабатывались более 900 000 тонн в год, хотя компания планировала выйти на этот показатель двумя годами позже. В случае с Королевским монетным двором это, возможно, первый случай, когда добычей драгоценных металлов из электроники занялся напрямую производитель изделий из них.

Процесс занимает считанные минуты, и, как говорят эксперты, он более эффективен энергетически и экономически, чем традиционные методы добычи золота. В год завод может перерабатывать до 4400 тонн плат и получать на выходе до полутонны драгоценного металла на £27 млн ($34 млн) по текущим ценам. Недостатка в сырье для предприятия не предвидится: в 2022 году в мире было произведено 68 млн тонн электронных отходов, гласят данные ООН. Королевский монетный двор будет использовать полученное золото для изготовления своей продукции. Будет также проводиться предварительная обработка менее важных материалов: алюминия, меди, олова и стали.

Сейчас Королевский монетный двор уже применяет полученное извлечением из отходов золото в производстве предметов роскоши — в его новой коллекции значатся 886 наименований, включая ожерелья, браслеты, кольца, перстни, серьги и многое другое. Изделия стоят от £275 ($350) до £110 тыс. ($140 тыс.) за штуку.

Два бывших сотрудника Blue Origin, президент Роб Мейерсон (Rob Meyerson) и главный конструктор Гэри Лай (Gary Lai), основали компанию Interlune, которая займётся добычей гелия-3 на Луне, его транспортировкой на Землю и продажей. Компания была основана ещё в 2022 году, но громко заявила о себе несколько дней назад, сообщив о привлечении дополнительных $15 млн инвестиций.

Источник изображений: Interlune

Размеры финансирования на первый взгляд невелики, но последствия потенциально могут быть очень серьёзными. Дело в том, что несмотря на активное обсуждение «лунной экономики» большинство компаний, анонсировавших полёты на Луну, планируют продавать свои услуги участникам государственных контрактов. То есть никакого создания прибавочной стоимости не произойдёт и «оплачивать счета» в конечном итоге будет NASA. Эта «лунная лихорадка» во многом похожа на золотую лихорадку в Калифорнии, но без золота.

Сбор гелия-3 может изменить эту ситуацию, извлекая выгоду из ресурсов на Луне. Для добычи гелия-3 придётся решить немало технических задач. Необходимо разработать способ извлечения газа из лунного реголита — абразивного, каменистого и похожего на грязь материала с поверхности Луны. Затем гелий-3 нужно отправить на Землю, что на данный момент нереализуемо. Наконец, потребуется организовать большой и устойчивый рынок сбыта добытого изотопа на Земле.

NASA инвестирует десятки миллиардов долларов в программу «Артемида» по высадке людей на Луну, Мейерсон хочет использовать эти транспортные, энергетические и другие ресурсы, чтобы основать горнодобывающую компанию на Луне. «Гелий-3 — единственный ресурс, цена которого достаточно высока, чтобы обеспечить полет на Луну и возвращение его на Землю, — заявил он. — Есть клиенты, которые хотят купить его сегодня».

Гелий-3 — стабильный изотоп гелия с двумя протонами и одним нейтроном. Он возникает в результате термоядерного синтеза на Солнце и затем переносится солнечным ветром. Однако магнитосфера Земли отклоняет этот поток частиц от планеты. Гелий-3 не встречается в природе на Земле и образуется в крайне ограниченных количествах в результате испытаний ядерного оружия, работы ядерных реакторов и других реакций радиоактивного распада. Поскольку Луна не имеет магнитосферы, считается, что в лунном реголите содержится большое количество газообразного гелия-3.

Один литр изотопа оценивается в несколько тысяч долларов. Мейерсон утверждает, что в ближайшем будущем появится значительный спрос на гелий-3 в индустрии сверхпроводящих квантовых компьютеров и в медицинской визуализации. В более долгосрочной перспективе существует потенциал для эксплуатации термоядерного реактора с гелием-3 в качестве топлива. Однако в научном сообществе существуют серьёзные сомнения по поводу жизнеспособности этого подхода.

По словам Мейерсона, одна из причин того, что использование гелия-3 в коммерческих целях не получило широкого распространения, заключается в его недоступности в коммерческих объёмах. Стабильные поставки изотопа будут стимулировать новые бизнес-планы и разработки.

Компания планирует в 2026 году получить образцы лунного реголита, измерить содержание в нём гелия-3, и освоить извлечение изотопа из лунного грунта. Эта миссия, скорее всего, будет выполняться в рамках одной из программ NASA по предоставлению коммерческих лунных услуг. Транспортировкой гелия-3 могут заняться SpaceX или бывшая компания Мейерсона Blue Origin, которая разрабатывает многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй.

Ключевая технология Interlune — это процесс добычи газа на Луне. Компании, вероятно, придётся переработать от десятков до сотен тонн лунного реголита для производства одного грамма гелия-3. Для этого Interlune разработала некое устройство, подобности о котором не разглашаются. Мейерсон называет его «энергоэффективным процессором». «Мы хотим запустить пилотный завод к 2028 году, а к 2030 году начать вводить в эксплуатацию и возвращать количество гелия-3 для поддержки рынков на Земле», — заявил Мейерсон.

Венчурная компания Seven Seven Six возглавила последний раунд сбора средств для Interlune. Инвесторы ожидают появления в ближайшем будущем рынка гелия-3 и видят значительный потенциал его развития, если добыча гелия-3 на Луне станет реальностью. По словам ведущего инвестора Seven Seven Six Кейтлин Холлоуэй (Katelin Holloway) «это может повлиять на моих детей или внуков. [То, что] делает Interlune, действительно убедительно, и осознание того, что это только отправная точка для гелия-3, меня действительно волнует».

Министерство энергетики США выделяет $32 млн на проведение проектно-конструкторских работ по разработке установок для извлечения редкоземельных и редких элементов из каменного угля и его отходов. США импортирует свыше 80 % необходимых для экономики редкоземельных и редких элементов, тогда как запасы угля в стране колоссальные. Для властей было бы желательно сохранить угледобывающую отрасль и с толком использовать этот ископаемый ресурс.

Источник изображения: Pixabay

Уголь и отходы угольного производства содержат широкий спектр ценных редкоземельных элементов, которые могут быть преобразованы в компоненты для производства продуктов на основе чистых энергетических технологий. В настоящее время в США насчитывается более 250 млрд т запасов угля, более 4 млрд т отходов угольного производства и около 2 млрд т угольной золы на различных площадках по всей стране. Из этого богатства (или мусора, как принято считать сегодня) необходимо научиться извлекать свыше 50 % (по массе) редкоземельных элементов и редких минералов и материалов.

Причём целевая задача состоит в том, чтобы научиться извлекать редкоземельные элементы в чистом виде или в качестве двойных соединений (солей), тогда как извлечение редких минералов является вторичной и не обязательной целью. Чистота полученного концентрата должна составлять не менее 75 весовых процентов, хотя в идеале нужно добиться 98 весовых процентов или выше, с последующей переработкой в чистые или двойные соединения редкоземельных элементов с концентрацией 90 % по массе.

Министерство намерено финансировать два уровня установок: промежуточную и демонстрационную. Промежуточная установка должна вырабатывать от 30 до 100 т смешанных редкоземельных оксидов/солей в год, а демонстрационная — от 1 до 3 т аналогичной продукции в сутки. Проекты будут финансироваться лишь в том случае, если заявители обоснуют экономическую целесообразность использования представленных установок и гарантируют достойные условия труда для рабочих, инклюзивность и экологическую безопасность.

Стало известно, что Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США планирует начать пробную добычу полезных ископаемых и других ресурсов на Луне к 2032 году. Об этом пишет информационное агентство ТАСС со ссылкой на заявление ракетостроителя Джеральда Сандерса (Gerald Sanders), которое он сделал во время выступления на конференции по горной промышленности в австралийском Брисбене.

Источник изображения: JB / pixabay.com

По мнению Сандерса, на начальном этапе будет обеспечена добыча воды и кислорода, после чего начнётся разработка месторождений железа и редкоземельных металлов. Аэрокосмическое ведомство планирует оценить потенциальный объём лунных ресурсов для вовлечения в реализацию проекта по их добыче коммерческих инвестиций. «Мы пытаемся инвестировать в этап разведки, оценить ресурсы <…> чтобы внешние инвестиции имели смысл и могли привести к развитию производства», — приводит источник слова господина Сандерса.

В ближайшее время NASA планирует отправить на Луну тестовую буровую установку, а к 2032 году рассчитывает организовать более масштабную добычу ресурсов и создать на поверхности спутника завод по переработке ископаемых. Предполагается, что первыми коммерческими клиентами ведомства станут частные космические компании, которые могли бы задействовать лунные ресурсы для получения кислорода или топлива.

Согласно имеющимся данным, Австралийское космическое агентство принимает участие в проекте NASA по организации добычи ископаемых на Луне. В настоящее время австралийские учёные работают над созданием полуавтономного лунохода, предназначенного для сбора образцов реголита с поверхности спутника Земли в рамках миссии NASA в 2026 году. «Это ключевой шаг к обеспечению присутствия человека на Луне, а также опора для будущих миссий на Марс», — считает заместитель директора агентства Сэмюэль Вебстер.

В Министерстве энергетики США подсчитали, что не менее 70 % литиевых месторождений в стране представлены в виде растворов солей лития. Добывать «аккумуляторный» металл из рассолов можно прямой добычей, что будет чисто и эффективно. Этой технологией начали интересоваться нефте- и газодобывающие компании в США, которые в процессе добычи ископаемого топлива часто сталкиваются с рассолами.

Персонал компании Standard Lithium готовится к извлечению рассолов с солями лития. Источник изображения: Pitts Media

Сегодня 92 % металлического лития из ежегодно добываемого во всём мире поступает из Австралии, Чили и Китая (добыча 2022 года — 130 тыс. т). В основном литий добывается из отвалов руды, но в Чили, например, он получается в процессе выпаривания рассолов в открытых бассейнах. Каждый из этих видов первичной переработки сырья наносит ощутимый вред экологии и в США не желают иметь с ним ничего общего.

Прямой метод добычи солей лития из рассолов подразумевает ту или иную фильтрацию содержащих соли лития жидкостей с извлечением до 90 % солей в противовес примерно 50 % при извлечении методом выпаривания в открытых бассейнах. А отфильтрованную таким образом воду можно закачать обратно в землю. Главный минус прямой добычи лития из рассолов — каждый раз его состав уникален и кроме ионов лития содержит соли множества других металлов. Поэтому универсального способа фильтровки нет, и пока не ожидается.

Нефтяники постоянно имеют дело с рассолами, в которых часто обнаруживается литий. Они вполне могут заняться его попутной добычей, а также его извлечением из исчерпавших себя нефтяных и газовых скважин. Ряд компаний уже занялись отработкой технологий по добыче в США лития из рассолов.

Так, в Арканзасе, который в настоящее время является незначительным производителем нефти и газа, компания Standard Lithium запускает демонстрационную установку по извлечению лития из рассола нефтяных месторождений. В Канаде компания E3 Lithium начала работать с местной нефтегазовой компанией над производством металла из истощённого нефтедобывающего месторождения. А в нефтеносном бассейне в Западном Техасе и Нью-Мексико буровая компания Devon Energy совместно с другими компаниями тестирует методы получения лития из загрязнённой воды, которую она качает вместе с нефтью и газом после разрыва пластов

В Канаде компания E3 Lithium намерена добывать металл в районе на одном из истощённых нефтяных месторождений (Leduc), где, по её оценкам, содержится около 16 млн т лития, что примерно в пять раз больше, чем в обычных месторождениях лития в Канаде. Компания получила канадские федеральные гранты на общую сумму более 30 млн канадских долларов (около $22 млн). В проекты E3 Lithium также инвестировала Exxon через подконтрольную компанию Imperial Oil, надеясь получить сырьё и технологии.

E3 Lithium планирует начать работу на экспериментальном заводе по добыче в третьем квартале 2023 года и надеется первоначально производить 20 000 т гидроксида лития в год. Она будет поднимать рассол с глубины 2,4 км как из существующих, так и из новых скважин. Затем жидкость будет направляться по трубопроводам на предприятие, где сорбирующий материал будет улавливать литий и отбрасывать примеси, создавая концентрированную жидкость, которая затем будет перерабатываться в материал для батарей.

Значительную концентрацию лития надеются найти в районе города Смаковер в южном Арканзасе. Компания Exxon Mobil в этом году приобрела права на бурение в этом регионе, который она намерена разрабатывать с целью извлечения лития. По некоторым оценкам, концентрация металла там может превышать 500 мг/л, по сравнению с примерно 75 мг/л на месторождении Leduc.

С 2020 года компания Standard Lithium совместно с немецким химическим производителем Lanxess эксплуатирует завод промышленного масштаба в районе Смаковера. Рассол, который Lanxess перерабатывает для получения брома, поступает на завод со скоростью около 11 тыс. л/мин. Используя тот же рассол, Standard Lithium рассчитывает производить на этом заводе чуть менее 6 000 т солей лития в год и планирует достичь производства 50 000 т по всем проектам компании в Арканзасе.

Растущая потребность в литии, обеспокоенность зависимостью от поставок из Китая, а также федеральные и частные инвестиции в передовые методы извлечения этого металла дают надежду, что это направление получит толчок в развитии и выйдет на интересные результаты.

Женевский центр бизнеса и прав человека и Центр бизнеса и прав человека им. Стерна Нью-Йоркского университета сообщают, что добыча кобальта кустарным способом становится ключом к росту глобального производства аккумуляторов. Экспертов беспокоит, что отсутствие государственного регулирования на кустарных объектах ведёт к бесправию, угнетению и утрате здоровья работников, часто — детей. Покупатели сырья в ответе за происходящее и в их силах это изменить.

Кобальт, как и золото, никель и ряд других металлов и минералов относится к так называемым «минералам конфликтов» или, как их называли раньше, к «кровавым минералам». Все ведущие производители электроники, включая, например, компанию Intel, раньше постоянно сообщали о снижении закупок сырья из источников, связанных с военными конфликтами или с кустарной добычей. По мере расширения производства аккумуляторов, без которых будущее электромобилей просто невозможно, в список «минералов конфликтов» вошёл также кобальт, 70 % мировой добычи которого приходится на Демократическую Республику Конго.

По имеющимся данным, 20 % добычи кобальта в ДРК приходится на небольшие кустарные шахты. Это означает, что там отсутствует даже минимальные требования к оплате и безопасности труда. Эксперты призывают покупателей сырья не фильтровать закупки у государственных шахт и у частников — без объёмов частников мировое производство аккумуляторов не будет удовлетворено, — а вместо этого требовать оформлять работу кустарных шахт в тех же рамках, как и государственных.

У компаний Chemaf Sarl (местный добытчик), Trafigura, НПО Pact и местного горнодобывающего кооператива был положительный опыт реорганизации работы частных шахт Mutoshi. Правда, пандемия COVID-19 и государственные службы ДРК приостановили инициативу и на шахтах Mutoshi условия работы стали «как раньше». Но эксперты считают, что при определённой настойчивости закупщиков сырья по отношению к владельцам частных шахт можно добиваться положительных тенденций.

На мировую добычу кобальта приходится не менее 10 % добываемого кустарным способом сырья, а это огромное число людей, жизнь и рабочие условия которых необходимо стараться улучшать, иначе экологически чистая жизнь одних граждан планеты будет оборачиваться нищетой и увечьями другой.

«Необходимо, чтобы компании признали эту возможность для содействия формализации и ответственной добыче кобальта, чтобы внести свой вклад в глобальный энергетический переход, который будет не только "зеленым", но и справедливым», — резюмируют авторы доклада.

Стартап AstroForge планирует запустить первые две миссии с целью добычи редких металлов в космосе уже в 2023 году. Первый запуск, запланированный на апрель, позволит протестировать технологию AstroForge по очистке платины на орбите Земли из образца астероида. А в октябре компания планирует разведать астероид для добычи полезных ископаемых в дальнем космосе.

Источник изображения: NASA

В мае прошлого года компания AstroForge из Хантингтон-Бич, Калифорния, привлекла внимание широкой публики, когда объявила о привлечении 13 миллионов долларов начального финансирования при содействии Initialized Capital. Эти средства были направлены на разработку технологий по переработке астероидов. В этом году запланированы два испытательных полёта. Они являются частью плана AstroForge по добыче и очистке металлов платиновой группы из астероидов с целью снижения стоимости их получения. Другой задачей является сокращение выбросов углекислого газа, связанных с разработкой редкоземельных элементов на нашей собственной планете.

«Мы занимаемся переработкой на месте, перерабатываем непосредственно сам астероид. Мы не отправляем руду на Землю для переработки», — сказал исполнительный директор AstroForge Мэтью Гиалич (Matthew Gialich), ранее работавший в Virgin Orbit Holdings и Bird Global.

Первый запуск AstroForge в апреле отправит на низкую околоземную орбиту небольшой спутник, который станет одной из многих полезных нагрузок миссии SpaceX Transporter. Задачей этого спутника будет доказать саму возможность добычи и переработки руды — для этого у него на борту будет тестовый образец руды, похожий своими характеристиками на астероид.

В октябре компания планирует запустить свой второй корабль с целью разведки ранее открытого околоземного астероида для будущей миссии по добыче полезных ископаемых. Этот спутник будет доставлен в космос ракетой SpaceX вместе с лунным посадочным модулем от другого космического стартапа, Intuitive Machines. К слову, планируется, что этот полет станет уже второй миссией Intuitive Machines на Луну, первый спускаемый аппарат должен быть запущен в феврале-марте этого года.

AstroForge заявила, что планирует отправить свой аппарат на лунную орбиту. Оттуда 100-килограммовый космический корабль направится к астероиду. AstroForge не назвала точную цель и, вероятно, не назовёт, пока разработка астероида не будет завершена.

Источник изображения: Freepik

Компания утверждает, что октябрьская миссия станет первым коммерческим полётом в дальний космос за пределы гравитационного колодца Земли, за одним исключением. «Единственным другим примером здесь является Tesla Илона, — шутит Гиалич, имея в виду автомобиль, который был запущен в дальний космос в 2018 году во время испытаний. — Но это трудно назвать миссией, потому что он просто запустил её в космос, а потом забыл об этом».

Появление AstroForge в космической отрасли произошло через несколько лет после неудавшейся попытки добычи полезных ископаемых на астероидах. Две крупные компании, Planetary Resources и Deep Space Industries, образовались примерно десять лет назад с целью добычи полезных ископаемых на астероидах. Экспедиции в космос так и не были отправлены, а компании в конечном счёте потерпели финансовый крах.

Гиалич заявил, что AstroForge извлекла уроки из неудач двух компаний: «Я думаю, что самым большим отличием здесь является то, что мы добились большого прогресса за последние 10–15 лет с тех пор, как эти две компании действительно существовали, в основном в отношении запуска. Например, теперь я могу купить поездку на Луну».

AstroForge планирует многие инфраструктурные задачи передать подрядчикам. Сам космический аппарат строит компания OrbAstro, а за запуски отвечает SpaceX. AstroForge сосредоточена на разработке технологии очистки руды в космосе и определении траекторий полётов. Компания надеется снизить стоимость добычи металлов платиновой группы с 30 долларов за грамм до полутора долларов. Компания исходит из исследования, проведённого в сотрудничестве со Школой горного дела Колорадо, которое показало, что концентрация платиновых металлов в астероидах намного выше, чем в любых земных рудах.

При успехе первых двух полётов, AstroForge планирует запустить третью экспедицию, чтобы приземлиться на разведанный астероид. Четвёртая миссия попытается извлечь и очистить добытую руду, а затем вернуться на Землю.

Компании предстоит тернистый путь к звёздам. Пока самое большое количество материала, когда-либо собранное с астероида, составило 250 граммов. Сейчас этот ценный груз ещё только приближается к Землю в рамках миссии NASA OSIRIS-REx.

«Если все пойдёт хорошо, четвёртая миссия начнётся в феврале 2025 года, — прогнозирует Гиалич, с юмором добавляя — Что означает, что она не будет запущена в феврале 2025 года, верно? Мы все знаем, что космос непредсказуем и связан с большим риском».

Редкоземельные ресурсы на Земле постепенно становятся всё более ценными. Батареи, магниты, электродвигатели и электроника XXI века немыслимы без компонентов из редкоземельных элементов. Тем ценнее каждое открытое на Земле месторождение таких металлов и оно становится бесценным при находке в развитых странах, где всё давным-давно разведано. Например, как только что обнаруженное в Швеции крупнейшее в Европе месторождение редкоземельных металлов.

Месторождение редкоземельных металлов обозначено синим цветом. Источник изображений: LKAB

О находке сообщила шведская государственная горнодобывающая компания LKAB. В найденных залежах более миллиона тонн оксидов редкоземельных металлов, которые будут бесценны в гонке за углеродной нейтральностью и не только. Сырьё было найдено при исследовании месторождения Пер Гейер (Per Geijer) рядом с рудником Кируна в Лапландии, крупнейшим и самым современным подземным железорудным рудником в мире (что лишний раз подчёркивает важность работы в Арктике для России).

Сегодня в Европе не ведётся добыча редкоземельных металлов, хотя проекты на этот счёт разрабатываются и касаются они в первую очередь добычи солей металлов из минеральных источников. Доминирует в сфере добычи и производства «металлов XXI века» Китай, на долю которого приходится до 61 % предложений на мировом рынке. США находятся на втором месте, но это всего лишь 15 % рынка.

Из всех известных земной науке 17 редкоземельных металлов самым большим на сегодня спросом пользуется неодим. В сплаве с бором и железом неодим становится самым сильным постоянным магнитом, что позволяет выпускать мощные и эффективные электрические двигатели, а это электромобили, электрогенераторы и робототехника, не говоря о перспективных способах записи данных на магнитных носителях.

Но важно помнить также о других назначениях редкоземельных металлов. Каждая автомобильная тяговая батарея использует около одного килограмма редкоземельных металлов, а каждая ветряная турбина — до 600 кг, если верить данным аналитиков Mining Technology. И вполне естественно, что спрос на такие элементы в течение ближайших десятилетий будет расти стремительными темпами. Отдавать всё это в значительной степени Китаю нельзя как из рыночных, так и стратегических соображений.

Находка месторождения редкоземельных металлов в Швеции открывает перед Европой окно возможностей. Компания LKAB намеревается начать разработку месторождения как можно скорее. В то же время в LKAB подчёркивают, что принятый в ЕС процесс получения разрешения на разработку не позволит ей начать поставлять сырьё раньше, чем через 10 или 15 лет, а то и в течение более длительного времени. Вероятно, в этой сфере придётся срочно менять законодательство, что для крайне забюрократизированной Европы будет непросто и болезненно.

Власти Японии утвердили ряд новых проектов, один из которых затрагивает добычу редкоземельных элементов. До 60 % таких ресурсов Япония импортирует из Китая, что угрожает национальной безопасности страны, ведь эти ресурсы используются в передовой электронике и в электрических машинах. Для снижения этой зависимости Япония запускает проект по добыче редкоземельных элементов со дна океана, который надеется осуществить в 2024 году.

Источник изображений: Nikkei

Достаточные для экономически оправданной добычи редкоземельных элементов залежи обнаружены в районе острова Минами-Торисима — это коралловый атолл в Тихом океане примерно в 1900 км к юго-востоку от Токио. Редкоземельные металлы находятся в слое ила на дне, на глубине около 6000 м. Задача поднять ил с такой глубины нетривиальна сама по себе (это не нефть и не газ, которые пойдут под собственным давлением вверх из скважины). Работы в этом районе осложнит как сильное течение Куросио, так и сезонные тайфуны, путь которых традиционно лежит через эти области.

Не так давно японский парламент одобрил выделение 6 млрд иен ($44 млн) на этот проект. Эти деньги будут потрачены на разработку насосов и изготовление труб длиной до 6000 м для использования в добыче. Пробная добыча залежей с глубины 2470 м морского дна в период с августа по сентябрь показала, что мероприятие может увенчаться успехом. Впрочем, детальный план подготовки промышленной добычи с 2024 года ещё предстоит разработать, на что уйдёт значительная часть 2023 года.

Морская вода является бесконечным источником металлов, минералов, питьевой воды, кислорода и водорода. Учёные всех стран десятилетиями ищут возможность добывать эти богатства из морских и океанских глубин. Главная задача — делать работы экономически выгодно, но именно с этим связаны все барьеры на пути разработчиков. В Китае решили одну из этих проблем — научились простой добыче водорода без лишних затрат.

Источник изображений: Nature

Водород извлекается из воды в процессе электролиза. Это простая и понятная операция, но только если добывать этот газ из чистой воды. Добыча водорода непосредственно из морской воды требует предварительного опреснения или очень сложных установок. Растворённые в морской воде соли (ионы) металлов и минералов разрушают катализаторы электролизёров и другие узлы устройств, как и требуют работы насосов для прокачки морской воды.

Учёные из Нанкинского технического университета в Китае в журнале Nature рассказали об уникальной установке, которая лишена всех указанных выше недостатков. Без насосов и быстрого износа катализаторов она способна длительное время добывать водород и кислород прямо из морской воды.

«Наша стратегия реализует эффективный, гибкий по размеру и масштабируемый прямой электролиз морской воды, аналогичный расщеплению пресной воды, без заметного увеличения эксплуатационных расходов», — сказал Цзунпин Шао (Zongping Shao), профессор химической инженерии из Нанкинского технического университета в Китае.

Для защиты катализаторов от воздействия морской воды — солей и ионов — предложено интересное решение. Покрытые катализатором электроды, на которых вырабатывается водород и кислород (один на катоде, а другой на аноде), никогда не контактируют с морской водой. От этого их защищает насыщенный электролит в виде гидроксида калия, в который эти электроды погружены. Как же туда попадает вода?

Электролит с обеих сторон электродов защищён мембраной. Богатая фтором мембрана пропускает водяной пар, но не жидкость. Через мембрану в электролит попадает только водяной пар, оставляя соли в морской воде. В электролите пар снова превращается в воду и расщепляется на водород и кислород как опреснённая вода без негативных последствий для катализаторов. Подкачка пара в электролит идёт за счёт внешнего избыточного давления и не требует насосов.

Насосы нужны разве что для прокачки морской воды, но в случае электролиза с пресной водой они тоже будут нужны, так что это не увеличивает накладные расходы. Более того, из воды с повышенной концентрацией солей удобно и выгодно добывать минералы и металлы, например, тот же литий или уран.

Исследователи на практике доказали работу инновационной установки. Демонстратор из 11 электролизных ячеек опустили в воды залива Шэньчжэнь, где он проработал без остановки 130 дней. Каждый час установка вырабатывала 386 л водорода. Затраты электричества шли только на подкачку свежей морской воды и на сам процесс электролиза. Система отлично себя показала в испытаниях, хотя о коммерческом внедрении говорить пока рано. Учёные планируют значительно повысить её эффективность, для чего необходимы эксперименты с разными составами электролита и катализаторов.