BICHEMグループ グローバルビジネス
I.背景と業界の現状
中国の二大炭素目標の推進を受け、世界のリチウム需要は年率30%を超える急激な伸びを見せています。リチウム資源は主に鉱物と鹹水に由来しますが、中でも鹹水資源（塩湖鹹水、地熱鹹水、油田鹹水など）は、鉱物資源の数千倍もの埋蔵量を有しています。環境面およびコスト面での優位性から、鹹水資源はリチウム産業発展の中核を担う重要な資源となっています。
現在主流となっているリチウム抽出技術（従来の蒸発法やリチウム直接抽出法（DLE）など）は、依然として大きな限界に直面しています。第一に、原料への適応性が不十分です。既存の技術は主に、リチウム濃度が260 mg/L以上、マグネシウム・リチウム比（MLR）が6.15未満の高品質な塩水を処理しますが、世界の塩水埋蔵量の99%以上はこの基準を下回る低品位塩水であり、大部分が未開発のままです。第二に、これらのプロセスは高いエネルギー消費と環境コストを伴います。従来の蒸発法は広大な土地と数ヶ月から数年に及ぶ長いサイクルを必要とし、リチウムの60%以上が飛散によって失われるだけでなく、地下水資源や地域の生態系を破壊します。第三に、水利用における矛盾が深刻です。既存のDLE技術では、炭酸リチウム1トンを生産するごとに500m³以上の淡水を消費しますが、塩水層は主に砂漠、高原、その他の淡水が乏しい地域に位置しているため、「水集約型抽出」のジレンマが生じています。さらに、技術的なボトルネックも存在します。吸着法は低リチウム濃度下では物質移動効率が低く、反応速度が遅いという問題があります。膜分離法では濃度分極効果を克服する必要があります。電気化学的手法では外部からの電力入力が必要であり、さらに低温（例えば、中国西部の塩湖の年間平均気温はわずか5.2℃）という制約があります。
II. SDLEテクノロジーの概念と革新
これらの従来のボトルネックを克服するために、太陽光駆動型直接リチウム抽出（SDLE）システムが登場しました。このシステムは、太陽光界面蒸発（SIE）とDLEを統合し、クリーンで再生可能な太陽エネルギーを活用することで、低品位の塩水からリチウムを抽出すると同時に淡水を生成するという課題を克服し、資源、エネルギー、水の相乗的な利用を実現します。
SDLE テクノロジーの中核となるブレークスルーは、次の 3 つの側面に要約できます。
1. エネルギー供給の革命：高消費からゼロカーボンへ
SDLEシステムは、太陽エネルギーを唯一または主要なエネルギー入力として利用し、電力網や化石燃料に依存することなく、光熱効果または光電効果によって抽出プロセスを駆動します。光熱SDLEシステムは、局所的な界面加熱（蒸発界面の塩水のみを加熱）を実現し、従来の蒸発法と比較してエネルギー利用効率を3～5倍向上させます。光電SDLEシステムは、光起電力効果を利用して電気化学的リチウム抽出を直接駆動し、「外部電源ゼロ」を実現します。
2. 原料範囲の革新：高品質からあらゆるグレードまで
SDLEシステムは、勾配駆動（光熱効果によって生成される温度、濃度、圧力の勾配）または電場駆動（光電効果によって生成される内部電場）によって、Li+の拡散と濃縮を大幅に促進します。光熱システムでは、温度勾配によって抽出層へのLi+の移動が促進され、Mg2+などの競合イオンの拡散が抑制されます。光電システムでは、内部電場によってLi+が選択膜を透過して輸送されるため、海水（リチウム濃度がわずか0.2 mg/L）からでも効率的なLi+濃縮が可能になります。
3. 相乗的な資源利用：リチウム単独抽出からリチウム水共生産まで
SDLEはリチウム抽出と同時に、蒸発した水蒸気を淡水に凝縮することで、「一つのエネルギー入力で二つの出力」を実現します。例えば、SDLE吸着システムはリチウム抽出時に90%を超える淡水回収率を達成でき、塩水採掘地域における「水集約型抽出」に効果的に対応します。
III. 光熱および光電SDLEシステム
太陽エネルギーの変換形式に応じて、SDLE システムは光熱型と光電型に分類できます。
1. 光熱SDLEシステム：勾配駆動型「自然抽出」
光熱SDLEシステムは、勾配駆動型の自然抽出メカニズムを利用し、太陽光吸収層とリチウム抽出層で構成されています。その動作メカニズムは3つの段階に分かれています。1つは熱勾配形成（局所的な界面加熱によって水蒸発の駆動力が発生する）、もう1つは濃度勾配濃縮（水の蒸発によって抽出層にリチウムイオンが濃縮され、拡散勾配が形成される）、そしてもう1つは圧力勾配物質移動（蒸発によって誘発される圧力勾配によって水とリチウムイオンの移動が促進され、塩のスケール形成と濃度分極が抑制される）です。
主要な材料には、高い光吸収性、高温耐性、酸・アルカリ耐性を備えた炭素系材料、プラズモニック金属、半導体材料などがあります。リチウム抽出層には、吸着剤、選択膜、結晶化層が用いられ、迅速かつ選択的にリチウムを回収します。
2. 光電式SDLEシステム：電界駆動による「精密抽出」
光電式SDLEシステムは、光起電力効果を利用して電気化学的に分離するシステムであり、半導体太陽光吸収ユニット、電極ユニット、およびリチウムイオン選択膜で構成されています。光生成キャリアは電極間に内部電界を形成し、Li+を膜を越えてカソードに濃縮する一方、競合するイオンは保持されるため、高い選択性が得られます。
補助電源不要の光電変換システムの画期的な点は、外部バイアス電圧なしでリチウム抽出を駆動できることです。安定した連続動作と高い効率性を備え、極めて希薄な溶液からでもリチウムイオンを大幅に濃縮できるため、外部電源への依存を完全に排除できます。
IV. 技術的影響と開発の見通し
SDLE技術は、単に革新的なリチウム抽出方法であるだけでなく、「資源・エネルギー・水」の相乗的活用を実現する革新的なパラダイムでもあります。根本的なイノベーションを通じて、低品位塩水からの抽出、ゼロカーボンエネルギー供給、淡水回収という3つの目標を達成し、世界的なエネルギー転換、水資源保全、そして持続可能な鉱物資源開発への新たな道筋を提供します。
SDLE探査から得られた重要な知見は、リチウム抽出における単なる技術的ブレークスルーにとどまらない、資源、エネルギー、そして水の相乗的利用というパラダイムを体現している点です。太陽エネルギーを利用して低品位の塩水をリチウムと淡水の共生産へと変換することで、SDLEは世界的なエネルギー転換、水資源保護、そしてグリーン鉱物開発への新たなアプローチを提供します。その中核となる原則は、従来の単一目標指向から脱却し、多目的最適化を達成するために根本レベルからのイノベーションを推進することであり、他の鉱物資源のグリーン開発にも応用可能な枠組みを提供します。