L'un des plus grands obstacles sur la route d'un avenir énergétique à faible teneur en carbone est causé par le lithium de l'élément rare, un composant critique pour les batteries qui peuvent stocker l'énergie abondante et durable à partir de sources renouvelables.
L'élément se produit naturellement sous forme de sel dans les oasis saumâtres, appelés salares, dans certains des environnements les plus durs du monde, y compris le « triangle de lithium » en haut de l'altiplano aride d'Amérique du Sud. Le lithium minière a le potentiel de déstabiliser des environnements déjà sensibles qui hébergent une flore et une faune rares, ainsi que des communautés autochtones qui ont longtemps fait de tels endroits.
Alors que des recherches antérieures de l'Université du Massachusetts Amherst ont montré que des chiffres couramment acceptés en quantifiant la quantité d'eau peuvent être retirés des salares surestimant la quantité d'eau disponible plus qu'un ordre de grandeur, une étude récente dirigée par l'étudiant diplômé de l'UMass Amherst, Daniel Corkran, suscite les mécanismes physiques précédemment inconnus qui régissent l'utilisation de l'eau durable. Et il renverse certaines des hypothèses couramment tenues sur ce qui compte comme une exploitation de lithium durable.
L'étude est publiée dans la revue Recherche des ressources en eau.
Tout est question de localisation et de densité d'eau. « La question qui a vraiment conduit cette étude se concentre sur un débat entre deux parties différentes dans ces bassins arides », explique Corkran.
« Certains voient les types d'eau disponibles dans ces bassins – Fresh, saumâtre et lithium contenant de l'eau salée (saumure) – en tant que ressource en eau continue, ce qui signifie que lorsque les entreprises de lithium pompent d'énormes quantités de saumure de la Salares, elles utilisent une énorme quantité d'eau. Ils affirment que cette utilisation pourrait grandement affecter.
« D'un autre côté, les entreprises de lithium ont souligné que la saumure est 200 fois plus salée que l'eau de mer et ne peut donc pas soutenir la vie. Par conséquent, ce n'est que l'eau douce dans ces salares qui compte, et comme le lithium ne se produit pas dans les parties d'eau douce des salares, il n'y a rien à craindre. Étant donné le large Golf entre les deux conceptualisations et les implications pour l'utilisation de l'eau durable, nous avons décidé de tester les deux hypothèses. »
Pour ce faire, Corkran et ses co-auteurs, qui comprennent des membres du groupe d'hydrogéologie de David Boutt à l'UMass Amherst ainsi que des collaborateurs de l'Université d'Alaska Fairbanks et de l'Université de Dayton, ont d'abord conçu une série de simulations de modèles extrêmement complexes pour projeter les effets des purgers de lithium et de géologique douce.
Ils ont ensuite vérifié leurs résultats modélisés contre les données satellites des salares dans deux régions différentes du triangle du lithium, source de plus de la moitié des ressources au lithium du monde. Chacun de ces salares s'appuie sur un mode différent d'exploration de lithium: la technique d'évaporation traditionnelle, qui implique l'évaporation de la saumure, et l'extraction directe du lithium, ou DLE, qui préserve la saumure mais peut utiliser jusqu'à 200% d'eau douce plus.
« Les évaluations systématiques de Corkran ont révélé deux nouveaux processus », explique Boutt, professeur de terre, géographique et des sciences du climat à l'UMass Amherst et auteur principal du journal.
Le premier implique « où » dans les sociétés d'extraction salaire pompent leur eau. La compréhension traditionnelle de la relation entre l'eau et la durabilité soutient que vous pouvez utiliser de manière responsable autant d'eau que les circuits, et qu'il est préférable d'utiliser cette nouvelle eau, pas les choses plus anciennes stockées dans l'aquifère.
Mais les salares sont composés des deux portions d'eau douce, situés au bord du bassin près des points où les eaux souterraines douce rechargent les zones humides, et les parties saumâtres au centre du bassin, avec une zone de transition entre les deux, et Corkran a trouvé que plus les pompes d'une entreprise se rapprochent de l'eau douce.
« L'eau douce est ce que nous ne devrions pas toucher », explique Boutt, qui souligne que l'agriculture locale et les entreprises qui exploitent d'autres métaux précieux, comme le cuivre, ainsi que les nouvelles méthodes DLE pour rassembler le lithium peuvent avoir un impact démesuré sur les salares.
« Au lieu de cela », dit Corkran, « les entreprises devraient pomper l'eau des patchs les plus brillants qu'ils peuvent trouver. »
Ce qui nous amène au joueur surprise de cette histoire – la densité.
Pensez à ce qui arrive à l'eau lorsque vous le congelez. Remplissez un bocal en verre d'eau fraîche du robinet, garnez-la étroitement, puis mettez-la au congélateur pendant la nuit. Lorsque vous le vérifiez le matin, vous aurez un pot cassé car l'eau douce est plus dense que la glace. À mesure que l'eau gelait, elle s'est étendue, gagnant en volume, perdant la densité et craquant le pot, même si le nombre de molécules d'eau dans le pot est resté le même.
Quelque chose de similaire se produit dans les salares.
L'eau salée est plus dense que l'eau douce. Pound for Pound, il prend moins de place dans le Salar. Cela signifie que lorsque les sociétés minières pompent l'eau salée dense et à faible volume, l'effet sur les niveaux d'eau est émoussé. Mais le pompage de l'eau douce moins dense et à volume élevé et l'effet sur les niveaux d'eau est amplifié.
Autrement dit, vous pouvez pomper plus d'eau salée avec moins d'effet; Mais pomper l'eau douce et les zones humides dépendant des eaux souterraines du salar semblent fondre.
Corkran et ses collègues ont confirmé cette conclusion avec des mesures de deux zones humides situées dans différents salares: la zone de décharge diffuse du Sud Tumisa à Salar de Atacama et le Rio Trapiche Vega à Salar del Hombre Muerto.
« Ce que tout cela s'ajoute », explique Boutt, « c'est que nous n'avons pas à être tout ce qui est préoccupé par le pompage de la saumure. Mais nous devons être très prudents avec toute utilisation de l'eau douce – que ce soit pour l'exploitation minière, l'agriculture ou toute autre utilisation. Et si nous décidons de prendre de la vapeur avec la technologie DLE pour le lithium, nous devons répondre à ses besoins pour les eaux frais. »
