Fusionskraft, samma process som driver solen, ses som en potentiell lösning på världens behov av ren och praktiskt taget obegränsad energi. Men ett av hindren för att göra fusionsteknik kommersiellt gångbar har varit tillgången på litium-6 – ett ämne som är avgörande för att processen ska fungera.
Traditionellt har litium-6 utvunnits genom den så kallade COLEX-metoden, där man använder flytande kvicksilver. Men kvicksilver är både miljöfarligt och giftigt, och användningen har varit förbjuden i USA sedan 1963. Sedan dess har amerikanska forskare förlitat sig på begränsade lager från Oak Ridge-laboratoriet i Tennessee. Behovet av en säker och skalbar metod att framställa litium-6 har därför varit stort.
Nu har forskare vid ETH Zürich och Texas A&M University utvecklat ett alternativ som inte kräver kvicksilver – ett steg som kan få stor betydelse för framtida fusionsreaktorer.
Upptäckten kom oväntat – men ger resultat
Den nya metoden bygger på ett material kallat zeta-vanadiumoxid (ζ-V2O5), som har visat sig vara särskilt bra på att binda litium-6. Forskargruppen upptäckte materialets potential av en slump, under arbete med membran för att rena restvatten från olje- och gasutvinning.
Zeta-vanadiumoxid har en särskild struktur med kanaler där litiumjoner fastnar – och där litium-6 fångas upp i högre grad än litium-7. Forskarna konstruerade en elektrokemisk cell där en vätska med litium pumpades genom materialet under spänning. Under processen drogs litiumjonerna mot det negativt laddade materialet, och tack vare skillnader i massa fångades litium-6 upp mer effektivt.
Ett extra visuellt inslag var att materialet ändrade färg från gult till mörkgrönt när litium absorberades – vilket också förenklade övervakningen av processen.
Effektivitet i nivå med äldre metoder – utan giftiga ämnen
Studien visade att ett enda cykelförlopp kunde höja halten av litium-6 med 5,7 procentenheter. För att nå den nivå som krävs för fusionsenergi – minst 30 procent litium-6 – krävs ungefär 25 upprepningar. För att nå ännu högre renhet, omkring 90 procent, behövs cirka 45 cykler.
Resultatet är i linje med vad COLEX-metoden kan uppnå, men utan att använda kvicksilver. Det gör tekniken både säkrare och mer hållbar.
Forskarna ser dessutom möjligheter att använda samma princip för andra typer av isotopseparation – något som kan bli användbart vid exempelvis hantering av radioaktiva ämnen.
Industriell tillverkning inom räckhåll
Metoden är ännu på forskningsstadiet, men teamet arbetar nu med att lösa tekniska utmaningar för att kunna skala upp processen till industriell nivå. Bland annat krävs förbättringar i hur vätskeflödet hanteras för att produktionen ska bli kontinuerlig och kostnadseffektiv.
Att kunna producera litium-6 på ett miljövänligt sätt är avgörande för att fusionsteknik ska kunna bli en pålitlig energikälla i framtiden. Med detta genombrott har forskarna tagit ett viktigt steg mot en lösning som både är tekniskt hållbar och fri från farliga kemikalier.
– Målet är att bidra till en framtid där energi kan utvinnas utan stora klimatpåverkan eller miljörisker, säger forskarna bakom studien.
Källa: Fusion Energy News
