De oceaan bevat mogelijk een vrijwel onuitputtelijke voorraad kritieke grondstoffen. Amerikaanse onderzoekers denken dat slechts 0,1 procent van al het zeewater genoeg lithium, magnesium en andere essentiële mineralen bevat om de mensheid nog tienduizenden jaren van grondstoffen te voorzien. Nu werken ze aan een techniek om die schat daadwerkelijk uit zee te halen.
De oceaan zou wel eens de grootste nog onbenutte voorraad kritieke grondstoffen ter wereld kunnen bevatten. Amerikaanse onderzoekers stellen dat slechts 0,1 procent van al het zeewater voldoende mineralen bevat om de wereldbevolking meer dan 50.000 jaar van essentiële materialen zoals lithium en magnesium te voorzien. Daarmee krijgt het idee van ‘mijnbouw op zee’ opnieuw serieuze aandacht.
Oceaan als gigantische grondstoffenmijn
Met steun van het Amerikaanse Department of Energy ontwikkelen onderzoekers van PNNL technologieën om waardevolle mineralen uit zeewater te winnen. Het gaat onder meer om lithium, magnesium, mangaan, kobalt en zeldzame aardmetalen. Juist deze grondstoffen zijn onmisbaar voor batterijen, elektrische auto’s, windturbines, smartphones en andere moderne technologie.
Volgens chemisch oceanograaf Jessica Cross bevat slechts een fractie van het wereldwijde zeewater al genoeg kritieke mineralen om de menselijke behoefte voor tienduizenden jaren te dekken. Belangrijke kanttekening: mits deze volledig kunnen worden teruggewonnen. Dat klinkt spectaculair, maar de grootste uitdaging is niet de beschikbaarheid van de grondstoffen, maar de extreem lage concentraties waarin ze voorkomen.
Nieuwe techniek maakt winning mogelijk
Waar magnesium relatief veel voorkomt in zeewater, zijn lithium en nikkel veel schaarser. Een olympisch zwembad met ongeveer 2,3 miljoen liter zeewater bevat bijna 3.000 kilogram magnesium, maar slechts zo’n 420 gram lithium en minder dan één gram nikkel.
Juist daarom draait het onderzoek vooral om efficiëntere scheidingstechnieken. De onderzoekers ontwikkelden hiervoor een zogenoemde co-flow-reactor waarin zeewater continu in contact komt met natriumhydroxide. Op het raakvlak ontstaat magnesiumhydroxide van hoge zuiverheid. De chemische industrie, waterzuivering en fabrikanten van brandwerende materialen gebruiken deze grondstof op grote schaal. Volgens de onderzoekers is het proces eenvoudiger dan bestaande productiemethoden en kan het relatief eenvoudig worden opgeschaald.
Vrijwel niets gaat verloren
De onderzoekers willen zoveel mogelijk reststromen benutten. De overblijvende pekel wordt verwerkt via bipolaire membraanelektrodialyse (BPMED), waarbij met elektriciteit bruikbare zuren en basen ontstaan. In laboratoriumproeven bleek het geproduceerde zuur zelfs 37 procent effectiever bij het vrijmaken van nikkel uit gesteente dan commercieel zoutzuur.
Ook de resterende stoffen krijgen mogelijk een tweede leven. Onderzoekers willen ze gebruiken voor de teelt van algen en zeewier, die kritieke mineralen veel efficiënter opnemen dan zeewater zelf. Zo kan één installatie in de toekomst niet alleen grondstoffen winnen, maar ook chemicaliën, biomassa en mogelijk duurzame brandstoffen produceren.
Koppeling met ontziltingsinstallaties
Een belangrijk voordeel is dat de technologie gecombineerd kan worden met bestaande ontziltingsinstallaties. Uit een analyse blijkt dat de Carlsbad-ontziltingsinstallatie in Californië theoretisch ruim 524.000 kilogram magnesiumhydroxide per dag zou kunnen produceren als alle aanwezige magnesium wordt teruggewonnen. Dat is meer dan drie keer de huidige dagelijkse Amerikaanse vraag.
Daarmee ontstaat een interessant perspectief voor landen die al veel investeren in ontzilting, zoals de Verenigde Arabische Emiraten, Saudi-Arabië en delen van Zuid-Europa. De bestaande infrastructuur kan mogelijk een dubbele functie krijgen: drinkwater produceren én kritieke grondstoffen winnen.
Veel potentieel, maar nog geen doorbraak
De techniek bevindt zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium. Ook moet de economische haalbaarheid nog worden bewezen. Tegelijkertijd past het onderzoek in een bredere zoektocht naar alternatieve bronnen van kritieke grondstoffen. De vraag naar lithium, kobalt en zeldzame aardmetalen zal de komende decennia naar verwachting explosief blijven groeien door de energietransitie en verdere elektrificatie van de industrie.
Als onderzoekers erin slagen de kosten te verlagen, kan zeewater uitgroeien tot een duurzame bron van essentiële grondstoffen. Bovendien wordt de afhankelijkheid van geopolitiek gevoelige mijnbouw kleiner. De oceaan bevat ze immers overal ter wereld in vrijwel dezelfde chemische samenstelling, waardoor een succesvolle techniek relatief eenvoudig internationaal kan worden uitgerold.
