美國的研究人員已開始開發海水採礦技術，因為他們估計僅有 0.1% 的海水擁有足夠的關鍵礦物，可以供應人類未來 50,000 年的需求。太平洋西北國家實驗室（PNNL）的科學家認為，世界的海洋包含著極具潛力的關鍵礦物儲備，這些礦物包括鋰、鎂、錳、鈷及稀土元素，這些都是電子產品及清潔能源所必需的。目前，該團隊在美國能源部水力發電與水動力辦公室的支持下，正致力於從海水中提取這些材料的方法。
這一構想並不新穎。在第二次世界大戰期間，美國曾從海洋中生產大量的鎂，但在 1990 年代轉而依賴進口供應。PNNL 的化學海洋學家傑西卡·克勞斯（Jessica Cross）指出：「僅 0.1% 的海水含有足夠的關鍵礦物，如鎂和鋰，如果我們能夠完全提取這些資源，將能滿足人類 50,000 年或更長時間的需求。」
海水採礦技術將改變關鍵礦物供應鏈
擁有廣泛的水下儲備的化學家錢梅·蘇班（Chinmayee Subban）表示，從海水中提取關鍵礦物的最大障礙是其極低的濃度。儘管鎂相對豐富，但鋰和鎳的含量則少得多。這意味著工程師必須處理大量的水來提取這些礦物。例如，一個標準奧運會游泳池約有 600,000 加侖（2.3 百萬升）海水，內含約 6,570 磅（2,980 公斤）鎂，但只有 0.93 磅（0.42 公斤）鋰和約 0.002 磅（0.00095 公斤）鎳。
蘇班解釋道：「海水的最大優勢在於，它的化學成分在全球範圍內相對標準化。這意味著我們可以為一個地點開發技術，並迅速擴展到許多不同的地方。」
為了應對這一挑戰，該團隊開發了一個共流反應器，能夠持續將海水與氫氧化鈉接觸。在兩種液體交會的地方，高純度的氫氧化鎂形成並可被收集。這個過程省略了幾個化學處理階段，並停止於氫氧化鎂，這是一種在美國各行業廣泛使用的材料，目前以大量進口。研究人員指出，這個模塊化系統可以安裝在現有的海水淡化廠旁邊。基礎設施分析發現，將該技術與加州卡爾斯巴德海水淡化設施相結合，若完全回收可每日生產 1.16 百萬磅（524,000 公斤）的氫氧化鎂，這是目前全國每日使用量的三倍以上。
同時，該團隊還在探索利用每一個在礦物回收過程中產生的副產品。經過鎂的提取後，濃縮的鹽水可通過雙極膜電滲析（BPMED）處理。該過程產生進一步處理所需的酸和鹼化學物質。研究團隊顯示，這種酸在從橄欖石提取鎳時的效果超過商業可用的鹽酸。在實驗室測試中，BPMED 衍生酸的鎳浸出效率比傳統酸高出 37%。在雙極膜電滲析中，海水被泵送通過一種儀器，利用電力分解水並去除酸。
剩餘的副產品還可以支持海洋培養。「某些關鍵材料在海藻中的濃度比周圍海水高出一百萬倍，」PNNL 海洋研究實驗室的研究植物學家斯科特·艾德蒙森（Scott Edmundson）在一份新聞發布中總結道。早期研究還顯示，BPMED 過程中產生的輕微酸性海水能加速藻類生長，未來的系統可以在回收礦物的同時生產化學品、燃料、肥料和生物質。儘管該技術仍面臨工程和成本挑戰，研究人員堅信這種方法可以創造出一個國內更可持續的關鍵礦物供應。