Našli surovinu budúcnosti. Vedci menia najhoršie chemikálie na žiadaný materiál pre elektromobily

Možno si o nich nikdy nepočul, no s najväčšou pravdepodobnosťou ich máš doma. Perfluóroalkylové a polyfluóroalkylové látky, skrátene PFAS, sa používajú v nepriľnavých panviciach, nepremokavých tkaninách, obaloch potravín, hasiacich penách a desiatkach ďalších produktov.

Ich výnimočnosť spočíva v tom, že sú neuveriteľne odolné voči vode, teplu aj mastnotám. Táto vlastnosť pochádza z väzieb medzi atómami uhlíka a fluóru, ktoré patria k najsilnejším vo svete chémie. Práve preto sa PFAS v prírode prakticky nerozkladajú a akumulujú sa v pôde, vode aj v ľudskom tele po desiatky rokov. Vedci ich preto neoficiálne prezývajú „večné chemikálie“.

Niektoré z nich sú spájané so zvýšeným rizikom onkologických ochorení, porúch imunitného systému či hormonálnych problémov, čo z nich robí jeden z najzávažnejších environmentálnych problémov súčasnosti.

​Užitočný odpad

Väčšina výskumov sa doteraz sústredila na to, ako PFAS z vody odstrániť a niekam uložiť. Tím chemika Jamesa Toura z Rice University sa však vydal úplne inou cestou. Namiesto toho, aby hľadal spôsob, ako sa večných chemikálií zbaviť, rozhodol sa ich premeniť na hodnotný produkt.

Konkrétne ide o fluorid lítny, látku využiteľnú priamo v batériách. Štúdia bola nedávno publikovaná v odbornom časopise Nature Water. Celý proces sa začína aktívnym uhlím, ktoré sa bežne používa na zachytávanie PFAS z kontaminovaných zdrojov, napríklad z hasiacich pien.

Tento materiál po nasýtení PFAS väčšinou končí na skládkach alebo v spaľovniach, čím vzniká ďalší odpadový problém. Tourov tím ho však využíva ako vstupný materiál.

Vedci zmiešali nasýtené aktívne uhlie s vysoko slanou vodou obsahujúcou lítium a ďalšie kovy a celú zmes elektricky zahrievali na teplotu nad 1 000 stupňov Celzia. Extrémne teplo prerušilo väzby fluóru v molekulách PFAS a uvoľnený fluór sa okamžite spojil s lítiom z roztoku. Výsledkom bol fluorid lítny.​

To, čo robí tento postup zaujímavým, je ďalší krok – oddelenie fluoridu lítneho od ostatných solí. Keďže každá zlúčenina vrie pri inej teplote, vedci dokázali fluorid lítny jednoducho vydestilovať zo zmesi a zachytiť v čistej forme.

Výsledná čistota dosiahla 99 percent a zároveň sa podarilo zachytiť 82 percent dostupného lítia. Extrahovaný fluorid lítny bol následne zabudovaný do elektrolytov lítiových batérií, kde preukázal stabilitu porovnateľnú s komerčnými zdrojmi.

Freepik/Unsplash (Úprava redakcie)

Udržateľný postup, ktorý šetrí prírodu

Dôležitý je aj ekologický rozmer celého výskumu. Keď vedci porovnali nový postup s bežnými priemyselnými metódami ťažby lítia zo slaných vôd, dosiahol lepšie výsledky vo viacerých ukazovateľoch. Spotrebuje menej vody, vyžaduje menej energie a jeho celkový dopad na klímu je nižší.

Navyše celý proces trvá len niekoľko minút, čo je v porovnaní s konvenčnými postupmi obrovský rozdiel. Projekt pritom financovalo okrem iných aj americké letectvo a Armádny zbor inžinierov, čo naznačuje, že záujem o technológiu presahuje rámec akademickej obce.

​Rovnaký tím, iná stratégia

Výskum Tourovho tímu nie je prvý pokus Rice University s chemikáliami PFAS. Predchádzajúce práce tej istej skupiny, ktoré boli publikované minulý rok, ukázali, že PFAS sa dajú zničiť pomocou krátkych elektrických výbojov.

Tá metóda dosiahla viac ako 96-percentnú účinnosť rozkladu fluóru a zároveň premenila zvyšný materiál na grafén, hodnotný priemyselný materiál. Teraz tím posunul myšlienku ešte ďalej – namiesto priamej likvidácie navrhuje jeho využitie. Vedci tak dokazujú, že odpad nemusí byť nutne problémom, ak sa naň pozrieš z iného uhla pohľadu.

Lítium je pritom strategická surovina, ktorej dopyt rastie kvôli rozmachu elektromobilov a batériového priemyslu. Väčšina jeho svetových zásob sa ťaží v Južnej Amerike za podmienok, ktoré sú ekologicky aj sociálne neuspokojivé.

Ak by sa podarilo čo i len časť potrebného lítia získavať recykláciou nebezpečného odpadu, bol by to výrazný prínos nielen pre životné prostredie, ale aj pre energetickú bezpečnosť krajín závislých od jeho dovozu.​

Čítajte viac z kategórie: Ekológia