リチウムは、バッテリーを使用するほぼすべての電子機器に電力を供給しています。現在、リチウム資源の採取には、スポジュメンの採掘と塩水からの抽出という2つの方法がありますが、どちらも環境に悪影響を及ぼします。幸いなことに、代替可能で環境に優しいリチウム抽出プロセスが開発され、世界中で最適化されています。
この最先端のプロセスは、直接リチウム抽出（DLE）と呼ばれます。本質的には、このプロセスはリチウムイオンを直接抽出し、その他の不要なイオンを地下貯留層に残します。地下貯留層の各層はそれぞれ異なる特性を持っているため、詳細なDLEソリューションは、特定の地質条件に合わせてカスタマイズする必要があります。
一般的に、抽出目標を達成するには主に4つの方法があります。1つ目は抽出です。その理論は、不溶性のアルミニウム系材料を吸着剤として用いることです。アルミニウムと接触すると、リチウムイオンはリチウム粒子の表面または原子殻に埋め込まれます。吸着剤が完全に飽和状態になったら、温かい希釈塩化リチウム溶液を用いてリチウムイオンを除去します。
同様の効果はイオン交換によっても得られます。通常はマグネシウム系またはチタン系の吸着剤が使用されます。これらの吸着剤はふるいとして機能し、より大きなイオン類似物質を遮断し、リチウムイオンと水素イオンのみを通過させます。リチウムイオンは吸着剤の粒子構造に埋め込まれるのではなく、水素イオンまたはプロトンと交換され、その後、より低いpH値の溶液によって溶出されます。
これら2つの方法は、平均して1～6時間かかります。さらに、蒸発池とは異なり、これらの方法で使用された水は閉鎖系内で再利用できます。
もう一つの方法は、様々な化合物の異なる溶解度を利用する溶液抽出法です。基本的には、選択的な有機溶液が溶液のリチウムと結合して新しい化合物を生成し、次に第二の手順でリチウムを取り除きます。一般的に、有機溶液としては灯油、ベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサンなどの石油化学誘導体が使用され、第二の手順では塩酸または硫酸が使用されるため、必然的に汚染を引き起こします。また、溶液抽出の運用コストはかなり高くなります。しかし、吸収プロセスと比較すると、溶液抽出はより迅速です。リチウムを放出するのに約4時間しかかからず、抽出効率は90％以上です。工業的には、この方法は通常、最終製品をバッテリーグレードに達するように精製するためのフォローアップ手順として使用されます。
4番目の方法は環境への影響が最も少ない。膜を用いて物理的に塩水からリチウムをろ過する。圧力補助膜を用いて、多価イオン（マグネシウムとカルシウムなど）と一価イオン（リチウム、ナトリウム、カリウムなど）を分離する。
2024年、国際リチウム協会はあらゆるDLE方法について詳細な分析を実施し、DLE、太陽熱蒸発、硬岩採掘におけるCO2排出量、水消費量、土地利用の違いを比較しました。
DLEでは、炭酸リチウム1トンを生産するのに100m³をはるかに下回る水しか使用しないと推定されています。閉鎖水システムを採用しているDLE施設（例えば、アルゼンチンのカチにおけるイオン交換プロジェクト）では、水の消費量は11m³にまで減少することもあります。一方、蒸発池の水消費量は測定対象物によって大きく異なります。通常、蒸発池で炭酸リチウム1トンを生産するには30m³の水が必要ですが、18ヶ月間の直射日光による蒸発水を計算すると、炭酸リチウム1トンを生産するのに平均450m³の水消費量となります。
土地利用の縮小は、実に衝撃的なものです。DLE施設は、炭酸リチウム1トンの生産に通常16平方メートルという比較的小さな面積しか必要としません。一方、西オーストラリアにあるような典型的な硬岩工場では、炭酸リチウム1トンの生産に約335平方メートルの土地を必要とします。また、チリのアカタマにある大規模な蒸発池では、炭酸リチウム1トンの生産に3,656平方メートルの土地が必要になります。
また、各方法のカーボンフットプリントは、パラメータとエネルギー獲得方法によって異なります。たとえば、ネバダ州クレイトンバレーの初期の塩水リチウム抽出プロジェクトに関する研究では、ディーゼルエンジンで1トンの炭酸リチウムを生産する場合の二酸化炭素排出量は22トンであるのに対し、電気で駆動する場合は17トンをわずかに上回ることがわかりました。また、電力が太陽光発電パネルから供給される場合、二酸化炭素排出量はわずか7.6トンに削減できます。国際リチウム協会が発表した論文によると、世界的に、硬岩鉱山では1トンの炭酸リチウムを生産するために平均20トンの二酸化炭素が排出され、蒸発池とDLEの二酸化炭素排出量はそれぞれ3トンと3～7トンです。しかし、蒸発池と比較して、DLEにはモジュールの利点があり、再生可能エネルギーとシームレスに統合して二酸化炭素排出量を包括的に相殺することができます。 DLE システムが必要な熱エネルギーを含む地熱塩水を利用するように設計されていれば、その炭素フットプリントは限りなくゼロに近づきます。
もちろん、DLEは完璧ではありません。DLE事業者には、以下のような課題があります。まず第一に、資金面です。DLEは従来のリチウム抽出技術よりもコストが高いだけでなく、不安定で不安定な国際リチウム市場も大手投資家をひるませています。第二の課題は、塩湖自体に起因するものです。塩湖はそれぞれ独自の組成を持っているため、「万能」な解決策は存在しません。すべての新しいDLE施設は、実際の状況と具体的な運用上の懸念事項に基づいて設計する必要があります。最後に、他のすべての新エネルギープロジェクトと同様に、DLE事業者は政府から関連許可を取得するために、あらゆる規制に対応するためにあらゆる努力を払う必要があります。
しかし、技術的な観点から見ると、DLEは急速に発展しており、将来有望な技術です。この分野では、リチウム収率の向上と抽出効率の最適化、採掘活動による地域の水資源と生態系への影響の最小化、そして温室効果ガスの排出量の極限削減を目指し、日々新たな進歩が遂げられています。