Разработка пермских ученых позволяет извлекать литий из воды нефтяных скважин с эффективностью 75%
Вместе с углеводородами на поверхность поднимаются миллиарды тонн пластовых вод, которые раньше считали бесполезным продуктом и закачивали обратно, тратя огромные ресурсы. Но эта вода содержит литий. Ученые Пермского Политеха разработали технологию, которая позволяет извлекать его прямо на месторождениях, заодно очищая воду. Эффективность составляет 75%, аналогов в мире нет. Эта разработка решит сразу две задачи: очистку пластовых вод и получение стратегически важного металла, который сегодня Россия импортирует.
Литий — самый легкий металл на Земле. Серебристый и настолько мягкий, что его можно резать обычным ножом. В чистом виде в природе он не встречается — слишком активный. Но его соединения есть повсюду: в камнях, соленых озерах и даже в морской воде. Он стал главным героем современной энергетики благодаря уникальному свойству: идеально подходит для хранения энергии. Батареи на его основе легкие и емкие, поэтому смартфоны работают сутки, а электромобили проезжают сотни километров без подзарядки.
В авиации литий добавляют в сплавы, чтобы самолеты становились легче и экономичнее. В производстве стекла и керамики делает посуду прочнее, например, формы для запекания, которые не лопаются в духовке, часто содержат этот металл. В медицине соли лития десятилетиями используют для лечения психических расстройств. И даже в ядерных реакторах он работает как охладитель. Не зря его называют «белой нефтью» и «новым золотом». Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2030 году мировой спрос может увеличиться в четыре-шесть раз.
Добывают литий двумя классическими способами. Первый — переработка руды: ее дробят, обжигают, обрабатывают кислотой. Это дорого, энергозатратно и к тому же наносит вред природе: после переработки остаются горы отходов, которые занимают огромные площади и загрязняют почву.
Второй — выпаривание из соленых озер в Южной Америке, в знаменитом «литиевом треугольнике» Чили, Аргентины и Боливии. Там воду месяцами испаряют в специальных бассейнах. Это дешевле, но очень медленно, к тому же около трети лития теряется, а на месте остаются солончаки — земли с таким высоким содержанием соли, что на них почти ничего не растет.
У обоих методов общая проблема: они требуют огромных площадей, тонн воды и электроэнергии. Сегодня Россия покупает литий за рубежом, собственная промышленная добыча практически не ведется. Мировой же рынок поделен: около 80% всего лития добывают три страны — Китай, Австралия и Чили. К 2028 году стратегическая задача России — полностью отказаться от импорта лития и закрывать потребности страны за счет собственных месторождений.
Есть еще один источник лития, о котором долго не вспоминали. При бурении скважин на поверхность поднимается вода — иногда в объемах, превышающих добычу углеводородов. Это пластовые воды. Ежегодно в мире их накапливаются миллиарды тонн.
Долгое время они считались бесполезным попутным продуктом. Это агрессивный химический раствор с высоким содержанием солей, металлов и иногда радиоактивных элементов. Просто вылить их нельзя — это уничтожит почву, водоемы и все живое вокруг. Поэтому на месторождениях выстроена целая индустрия: воду собирают, очищают от вредных примесей и закачивают обратно под землю. Это сложные инженерные сооружения, дорогое оборудование и постоянные затраты энергии. За миллионы лет под землей пластовые воды растворили в себе множество элементов, включая литий.
Ученые Пермского Политеха разработали технологию, которая позволяет очищать пластовую воду и одновременно извлекать из нее литий.
— Прямых аналогов технологии нет. Ее суть в том, что воду обрабатывают электричеством и специальными реагентами. В результате в жидкости образуется комплексное хлорсодержащее слоистое соединение, позволяющее селективно извлекать литий для его дальнейшей переработки, — объясняет Павел Илюшин, директор АНО «Пермский НОЦ «Рациональное недропользование», доцент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ.
Управление процессом автоматизировано с помощью специального программного продукта. Он взаимодействует с контроллерами оборудования и выполняет несколько функций: управляет режимами обработки (сила тока, напряжение, время), контролирует значение pH среды и корректирует параметры для поддержания оптимального диапазона, автоматически управляет перекачкой продукта в отстойники и процессом отстаивания с циклическим перемешиванием. Программа также собирает и хранит параметры процесса — pH, длительность этапов, параметры перемешивания — для формирования продукта с заданными характеристиками.
Технология прошла лабораторные испытания. Сравнивали содержание лития в исходной пробе пластовой воды и в пробе после обработки. Степень извлечения составила больше 75 процентов. Иными словами, из каждых ста граммов лития, которые были в воде, удалось выделить 75. Для лабораторного этапа это высокий показатель.
Разработка пермских ученых решает сразу три задачи: снижает зависимость России от импорта лития, превращает отходы нефтедобычи в ценный ресурс и создает собственную базу полного цикла. В технологии уже заинтересованы крупнейшие нефтяные компании — «ЛУКОЙЛ-Пермь», «Роснефть» и «Газпром нефть».