台灣過濾與分離學會電子報2024年第24期

市場趨勢

◎直接鋰萃取技術：邁向可持續未來

鋰的需求迅速成長

        由於全球朝電動車（EVs）和可再生能源系統的轉型，鋰的需求急劇增加。根據國際能源署（IEA）的數據，到2040年，每年可能需要生產多達110萬噸的鋰，此需求也推動了鋰礦業市場的快速成長。根據BCC Research的一份報告，鋰礦業預計從2023年的57億美元成長至2028年底的91億美元，這也突顯了鋰在日益電氣化的未來中的關鍵角色。

2011 年至 2022 年全球混合動力電動車銷量。

        鋰需求的核心是鋰離子電池行業，根據Grand View Research的數據，2023年該產業的市場價值約為544億美元，預期從2024年至2030年以約20%的複合年成長率（CAGR）快速發展，凸顯鋰基能源儲存解決方案受到加速採用。電動車轉型是推動鋰需求的主要因素，隨著全球汽車製造商和組織致力於電動化車隊，對鋰離子電池的需求不斷增加。同時，可再生能源（如太陽能和風能）的推廣進一步增加了對鋰的需求，因為這些間歇性能源需要大規模電池儲能系統來確保穩定的電力供應。

鋰電池的參考組成。

       目前大部分的鋰供應是透過硬岩開採和蒸發池生產的，利用巨大鹵水池，花一年或更久的時間讓水蒸發，直到可以用化學試劑萃取鋰，再加工成碳酸鋰或氫氧化鋰，通常能萃取鹵水中40-60%鋰，每噸碳酸鋰當量的成本為3,300~4,900美元，例如：南美鹵水萃取和澳洲硬岩開採的鋰萃取方式，這些方法既不環保也不經濟，並且需要很長時間才能完成，目前無法滿足市場需求，因此需要DLE等新的技術來填補缺口，DLE只需幾小時，由於只要在鹵水中添加高選擇性吸收劑分子，所需土地減少 95%，成本也更低。

鹵水開採過程的方法。

直接鋰萃取技術（DLE）

        直接鋰萃取（DLE）是一種新的方法，直接從鹽水資源中萃取提取鋰。與傳統方法不同，DLE不依賴於大規模的蒸發池，而是透過各種化學、物理甚至電化學過程來選擇性地從鹽水溶液中分離鋰和其他元素。

直接鋰提取方法。

        過濾技術在DLE製程的每個階段都扮演著關鍵角色，從地下儲層中萃取富含鋰的鹵水開始，鹵水先經過初步過濾，以去除粗顆粒和雜質。接下來，預處理後的鹵水被引入專門設計的材料或膜系統，這些系統能捕集鋰離子，同時允許其他元素通過。

初步萃取鋰後，濃縮的鋰溶液需經過進一步的過濾過程，以去除殘留的雜質，運用多級膜過濾或其他先進的分離技術，以確保最終產品的高純度。最終階段通常還包括額外的過濾步驟，用於精煉鋰化合物，徹底去除不需要的元素，使產品達到商業用途的標準。

        DLE中的過濾技術，特別是高技術成熟度（TRL）的壓力輔助膜程序已廣泛應用於DLE製程中，在水循環和氯化鋰（LiCl）濃縮方面，主要透過逆滲透達成。在純化階段，超濾（UF）和奈濾（NF）是主要使用的技術，而在將氯化鋰轉化為氫氧化鋰（LiOH）的過程中，電滲析是常用的方法。新型的鋰選擇性膜由於鹵水與萃取劑之間沒有直接接觸，因此呈現極大的潛力，可望取代吸附、離子交換或溶劑萃取等類型的DLE方法。

為什麼DLE技術備受關注？

        直接鋰萃取技術（DLE）相比傳統方法具有多項優勢，例如：減少用水量和土地使用，萃取過程速度快，能將萃取時間從數月縮短至僅需數小時或數天。同時，DLE能達到高的鋰回收率，且純度優於傳統方法。此外，DLE技術若與閉環水循環系統結合，其水足跡非常低，能以低碳足跡生產鋰，有益於可持續性與投資價值。

        英國Evove與Northern Lithium合作，計畫於2024年底在英國啟動首座模組化直接鋰萃取（DLE）工廠。Northern Lithium募資約600萬英鎊，首先加速DLE示範工廠試驗和泵浦測試，9月已成功完成為期30天的鋰鹽水泵測試計畫，這些測試以每秒2公升的速度進行，證明其商業可行性，未來將繼續邁向商業化的關鍵測試，目標於2027年實現電池級鋰的大規模商業化生產，預計每年可生產5,000至10,000噸鋰。

        澳洲是全球最大的鋰出口國，在2023年生產了近40萬噸鋰，預計到2029年產量可能超過67.5萬噸，目前幾乎完全依賴於傳統的鋰萃取技術，尚未廣泛應用DLE技術。儘管澳洲目前因鋰鹵水資源未被開發而未廣泛採用DLE，但多家公司正試圖通過投資於低碳、低水足跡技術（如DLE）來使其業務多元化。

        全球向可持續鋰生產的轉型反映出應對電動車和可再生能源市場需求的急迫性。隨著DLE技術的成熟和新鋰資源的開發，未來我們將看到一個更高效、更環保的全球鋰供應鏈的形成，這一轉變不僅朝向低碳未來邁進，同時確保關鍵鋰礦物的穩定供應。

資料來源：

1.Tom Wadlow, The road to a sustainable future, Filtration+Separation, October 2024, 31-36.

2. Renjith Krishnan, Gokul Gopan, A comprehensive review of lithium extraction: From historical perspectives to emerging technologies, storage, and environmental considerations, Cleaner Engineering and Technology, 20, 100749, 2024. https://doi.org/10.1016/j.clet.2024.100749.

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