- 麻省理工學院研發新技術以電化學方法從海水中提取鎂。
- 新方法取代高能耗的岩石採礦，提供可持續的鎂生產方式。
- 該系統能在濃度上實現八倍增長，鎂與鈉比例達20比1。
- 如果擴大規模，海洋可成為自我再生的礦物工廠。
全球在過去長時間內主要透過爆破岩石來獲取鎂。這種採礦方式需要粉碎礦石，並以大量能量驅動大型窯爐。提取微量金屬意味著需要向海水中倒入大量化學添加劑。整體而言，這種方法極端且昂貴，但它為全球提供了一種關鍵礦物，支持從混凝土到助眠糖果等多種產品。如今，兩位麻省理工學院的工程師希望用温和的電脈衝取代這一破壞性的過程。研究人員開發出一種可持續的電化學方法，利用鉍電極直接從海水中提取鎂。
該方法是一種豐富的替代方案，取代了現有的高能耗岩石採礦和添加劑豐富的海洋提取。面對醫療和建築領域日益增長的需求，團隊希望電化學能提供一種經濟的鎂生產方式。研究的第一作者大衞·金表示：「我們傳統上認為海水是需要去鹽化和保護的東西，但它是一個龐大的寶貴資源儲存庫。」他補充説：「海水代表了一個基本上無限但尚未充分利用的資源儲備。」
新技術的工作原理
海洋中提取鎂的過程如下：鎂在地殼中排名第八，而在海水中則是第三豐富的溶解元素。儘管如此，供應主要由中國主導。海水中充滿了礦物質，但主要以鈉為主。通常，分離這兩者需要複雜的過濾膜，而這些過濾膜容易堵塞並提高運行成本。新系統旨在克服這一挑戰。研究人員 T. Alan Hatton 和 Kripa Varanasi 構建了一個分層的電化學電池，利用定製的鉍電極直接從原始海水中提取高純度的鎂。
這項技術克服了使用昂貴的聚合物膜和苛刻化學沉澱劑的需要。有趣的是，該系統從普通海水中提取純氯化鎂，預估基線成本僅為每噸 US$107 (約 HK$834)，這是當前市場價格的一小部分。
這一開發的核心在於選擇性。研究人員在海水的微通道中排列薄鉍電極，並施加精確的電場以暫時改變水的局部酸度。這一微妙的化學變化使得鎂離子以固體氫氧化鎂的形式分離出來。通過在一條通道中流通實際海水，而在另一條通道中流通電解質，並施加電場，氫氧化鎂得以捕獲。重新逆轉電流的極性並調整流體流動，則自動將沉澱物重新溶解為液態氯化鎂。每次通過這一循環都不斷增加總產量。
透過反覆的循環，該系統在濃度上實現了八倍的增長，鎂與鈉離子的比例達到 20 比 1，超越了所有已有的電化學系統。隨著需求的急劇上升，便秘療法、失眠補充劑及輕質工業合金皆在競爭同一有限的供應。鎂是最輕的結構金屬，與鋁結合，形成超輕、高強度的合金，應用於汽車零件、飛機機身及高性能自行車，以提高燃油效率。雖然 US$107 (約 HK$835)每噸的預估成本未考慮提取後的乾燥成本，但核心經濟學仍然驚人。
海洋資源的轉變
如果能夠擴大規模，這將把海洋從一個我們僅僅保護的實體轉變為一個靜默、自我再生的關鍵礦物工廠。
金表示：「如果這項工作能激發甚至一個人思考電化學如何將我們可用的資源轉化為可持續的市場，那麼我們就實現了有意義的成就。」透過海水提取，這項技術加強了供應鏈，促進了國內生產，並支持了將海洋資源轉化為關鍵工業材料的藍色經濟。該研究發表於《ACS Energy Letters》。
項目 規格 預估基線成本 每噸 US$107 (約 HK$834)
電化學技術的潛在影響
這項新技術不僅能有效提取鎂，還能減少對環境的影響，因為它取代了傳統的高能耗採礦方法。隨著鎂在醫療和建築等領域需求的上升，這種可持續的提取方式將有助於確保供應鏈的穩定性。若能成功擴大規模，這項技術將使海洋成為一個重要的資源來源，進一步推動藍色經濟的發展，促進環保與經濟的雙贏局面。