В Боливии, на высокогорном плато Анд, раскинулся солончак Уюни – крупнейшее в мире известное месторождение лития. Это огромное соляное пространство, простирающееся на тысячи квадратных миль, большую часть года покрыто белыми, как сахарная пудра, кристаллами соли. В сезон дождей вода, скапливаясь на поверхности, отражает окружающие горы и небо, создавая завораживающие пейзажи.

Авнер Венгош, заведующий кафедрой качества окружающей среды в Школе окружающей среды Николаса при Университете Дьюка, отмечает, что солончак является волшебным местом для путешественников со всего мира, которых привлекают цвета, отражения и бескрайний белый пейзаж.

Однако большинство туристов не подозревают, что прямо под их ногами, в насыщенном солевом растворе, скрываются огромные запасы лития. Этот нетронутый ресурс, находящийся в отложениях и солях на глубине от нескольких футов до более чем 160 футов, потенциально может стать ключевым элементом для сектора возобновляемой энергетики. Литий, как известно, является важнейшим компонентом аккумуляторов, используемых в электромобилях и системах хранения энергии.

В течение последних нескольких лет Авнер Венгош, совместно с аспирантом Гордоном Уильямсом, занимается изучением потенциальных последствий добычи лития для окружающей среды и здоровья человека, как в США, так и за рубежом. Их недавнее исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters, представляет собой первый подробный химический анализ сточных вод, образующихся при добыче литиевого рассола на солончаке Уюни. Результаты исследования призваны помочь в разработке стратегий для более устойчивого управления будущими горнодобывающими операциями и защиты хрупкой экосистемы солончака.

Добыча лития из рассола – это многоступенчатый процесс. Сначала рассол выкачивается из-под земли в серию неглубоких испарительных прудов. По мере испарения воды в последовательных прудах нежелательные соли выпадают в осадок, а концентрация лития в рассоле увеличивается. Затем концентрированный литий перекачивается на перерабатывающий завод для получения карбоната лития – материала, используемого в аккумуляторных батареях.

В настоящее время добыча лития на солончаке Уюни находится на начальной стадии. Однако опыт других солончаков, таких как Салар-де-Атакама в Чили, показывает, что длительная добыча литиевых рассолов может привести к снижению уровня грунтовых вод и проседанию грунта. Авнер Венгош подчеркивает, что подобные последствия могут повлиять на будущее добычи лития и на солончаке Уюни.

В ходе исследования Уильямс и Венгош проанализировали химический состав литиевого рассола и отходов, образующихся при опытной добыче на солончаке Уюни. Особое внимание уделялось определению кислотности и наличию следовых элементов, в частности, мышьяка – токсичного металла, способного вызывать различные проблемы со здоровьем у людей и диких животных. Образцы включали природный рассол, рассол из восьми испарительных прудов и сточные воды с завода по переработке лития.

В образцах природного рассола команда обнаружила, что уровень мышьяка составляет от 1 до 9 частей на миллион, а кислотность относительно нейтральна. В то же время рассол из испарительных прудов становился все более кислым по мере увеличения концентрации. Уровень мышьяка также резко возрастал от пруда к пруду. Например, в последнем пруду уровень мышьяка достиг почти 50 частей на миллион, что примерно в 1400 раз превышает предельно допустимую концентрацию, установленную Агентством по охране окружающей среды США.

Авнер Венгош заявляет, что этот уровень мышьяка чрезвычайно высок и что его группа, работавшая по всему миру, ранее не сталкивалась с такими показателями.

Ученые отмечают, что утечка или преднамеренный сброс рассола из испарительных прудов в окружающий солончак может негативно повлиять на дикую природу. Гордон Уильямс указывает на риск биоаккумуляции – процесса, при котором химические вещества накапливаются в организмах с течением времени, что может иметь вредные последствия. Например, фламинго питаются местными артемиями, которые чувствительны к мышьяку при уровнях выше 8 частей на миллион.

Исследователи также обнаружили, что уровень бора, который потенциально может оказывать воздействие на здоровье в зависимости от характера воздействия, увеличивался от пруда к пруду. В то же время сточные воды с завода по переработке лития показали относительно низкий уровень бора и мышьяка, сравнимый, а в некоторых случаях и более низкий, чем в природных рассолах.

Уильямс и Венгош также изучили потенциальные последствия обратной закачки отработанного рассола (то есть рассола, оставшегося после извлечения лития) или сточных вод с перерабатывающего завода обратно в литиевое месторождение. Представители литиевой промышленности заявляют, что эти методы могут предотвратить проседание грунта.

Команда пришла к выводу, что оба метода закачки могут иметь нежелательные последствия. Например, отработанный рассол, вероятно, будет плохо смешиваться с природным рассолом, затрудняя его поток под поверхностью и потенциально мешая откачке. С другой стороны, закачка сточных вод обратно в месторождение может привести к разбавлению литиевого ресурса.

Одним из потенциальных решений для предотвращения проседания грунта, по мнению авторов, может быть тщательное смешивание отработанного рассола со сточными водами для достижения химического баланса с природным рассолом. Однако, добавляют они, будущие исследования должны более детально изучить экологические последствия этой стратегии.

Уильямс и Венгош в настоящее время сосредотачивают свое внимание на происхождении лития на солончаке Уюни. Гордон Уильямс сообщает, что они создают геохимическую модель, чтобы понять, почему литий обогащается в этих рассолах, каков его источник и каков механизм, вызывающий эту концентрацию.

Кроме того, Уильямс, Венгош и аспирантка Ханна Вудке совместно с другой группой Школы Николаса под руководством профессора Эрики Вайнтал изучают, как добыча литиевого рассола на солончаке Уюни может повлиять на здоровье и благополучие соседних коренных общин. Авнер Венгош подчеркивает, что они рассматривают литий как будущее энергетической безопасности, поэтому стараются анализировать его с разных сторон, чтобы обеспечить устойчивое развитие и поставки.