Litij – strateški metal budućnosti

Svijet je obletjela vijest o otkriću, u Srbiji, velikog nalazišta litijeve rude – jadarita. Što se iza toga krije, što je jadarit, a što litij. I najvažnije: zašto je to važno?

Nenad Raos četvrtak, 5. rujna 2019. u 06:00

Kada sam bio dječak, zaljubljenik u kemiju, u ruke mi je došla knjiga njemačkog kemičara Römpa kratka, jezgrovita naslova: Kemija budućnosti. U njoj je pisalo da se sada nalazimo u carfe-dobu, dobu ugljena (carbo)  i čelika (željeza, ferrum), no da upravo ulazimo u magal-doba, doba magnezija i aluminija, dakle doba lakih metala. Ekonomska se moć zemlje mjerila tonama proizvedenoga ugljena i čelika, a proizvodnja je čelika opet ovisila o ugljenu jer se željezo dobivalo iz ugljena i željezne rude u visokoj peći. No s pojavom zrakoplovstva u prvi plan dolaze aluminij i magnezij, a naročito aluminij jer boksita nema svugdje dok se magnezij nalazi praktički u svakom kamenu (dolomitu, vapnencu), a može se prizvoditi čak od morske vode – u kojoj ga ima kilogram po toni. (Povijesni kuriozitet: Hitler se zanimao za Jugoslaviju – koju je namjeravao ostaviti u stanju satelitske države – samo zbog željezničke pruge prema Grčkoj i nalazišta boksita u Hercegovini.)

Kako bilo da bilo, zar se razdoblja ljudske civilizacije ne određuju prema materijalu od kojeg je čovjek izrađivao svoje oruđe i oružje? Nakon kamenog slijedi brončano, a nakon brončanog željezno doba. No nije tu riječ samo metalima, materijalima. Riječ je i o tehnologiji. Za istaliti bakar dovoljna je bila vatra na ognjištu, za istaliti pak željezo trebalo je napraviti zatvorenu peć s mjehovima, za proizvesti aluminij i magnezij trebalo je ovladati elektricitetom, jer se oba metala dobivaju elektrolizom.  

Elektrolizom se dobiva i litij, najlakši od lakih metala. Kad kažem „najlakši“ mislim to u oba značenja. Litij je specifički najlakši metal, s gustoćom od samo 0,53 g/cm3 (inače, laki metali su metali s gustoćom manjom od 4,5 g/cm3) i najlakši metal u prirodi. Litij je naime treći član Periodnog sustava, najlakši alkalijski metal, a nalazi se odmah poslije vodika i helija. U jezgri ima, jasno, tri protona te tri ili četiri neutrona, ovisno o izotopu. Izotopni sastav mu je 92 % litija-7 i 8 % litija-6 iz čega proizlazi relativna atomska masa 6,941.

Upotreba? Za liječenje bipolarnog poremećaja i za obnavaljane zraka, apsorpciju ugljikova dioksida u podmornicama i svemirskim brodovima. To bi bio sasvim dobar odgovor prije pola stoljeća. No kada su došle nove, litij-ionske baterije litij je postao – poput ugljena i željeza (ili magnezija i aluminija) – strateška sirovina. Nastupilo je novo doba, litijevo doba ili, još bolje, licar-doba ili carli-doba (ovo car odnosi se opet na ugljik, ali sada u obliku sirovine za proizvodnju elektroda u litij-ionskim baterijama, no i za izradu raznih nanotehnoloških uređaja).

Baš zbog toga odjeknula je snažno vijest, koja je prenesena i na ovim mrežnim stranicama, da se u Srbiji uz rijeku Jadar, pritoku Drine, spremaju iskorištavati bogata nalazišta minerala jadarita – koja su otkivena još 2004. godine. No tek su sada, čini se, procijenjena. Sigurno ga ima milijun, a možda i 200 milijuna tona. Moram priznati da sam za taj mineral, jadarit, prvi put čuo iako raspolažem solidnim, mada ne ekspertnim znanjem mineralogije.

Kao mnogi mineral i jadarit je dobio ime po nečemu što ne upućuje ni na svojstva ni na kemijski sastav – po rijeci Jadar. (Zanimljivo je da se jedan mineral, getit, zove po Goetheu – kojeg je neki neuki autor prozvao „njemačkim mineralogom“!). 

Molekularna formula jadarita je LiNaSiB3O7(OH), pa je očito riječ o silikatu, no uvidom u neizbježnu Wikipediju otkrivamo da pripada skupini nesosilikata, što znači da ima neulančane atome silicija: u kristalnoj se rešetki nalazi ion SiO32-.  Stoga bi se formula jadarita mogla jasnije napisati u obliku LiNa(SiO3)(B3O4)(OH).

Tvrdoća jadarita prema Mohsovoj skali iznosi 4-5, pa je riječ o poprilično tvrdom mineralu, tvrđem  od fluorita.  Po gustoći, 2,45 g/cm3,  blizak je kalcitu. Neugledan je, bijel i bez sjaja, a kristalizira u monoklinskom sustavu, kao većina minerala. Nemojte dakle čeznuti za nakitom od jadarita,  jer on siguno nije poludragi a kamoli dragi kamen.

Kažu da jadarit osim litija sadržava i bor. To se iz njegove kemijske formule lako vidi, a vidi se i to da sadržava 15 % bora i samo 3 % litija, no i zbog tih tri posto isplati ga se kopati. Iz tone jadarita može se dobiti najviše 169 kg litijeva karbonata, a cijena tog oblika litija iznosi 11.500 dolara po toni. Litijev karbonat je potreban za baterije – ali ne samo za baterije.

To kažem zato jer ako se – napokon! – ostvari kontrolirana nuklearna fuzija i za nju će trebati litij. Riječ je naime o tome da se u termonuklearnoj reakciji troše dva izotopa vodika: deuterij, s jednim neutronom, te tricij, sa dva neutrona u jezgri. No dok deuterija ima dosta (na sedam tisuća atoma vodika dolazi jedan atom deuterija), a usto se dosta jednostavno izdvaja iz vode, tricija praktički nema u prirodi. Treba ga dakle dobiti nuklearnom reakcijom.

Nuklearna reakcija kojom se dobiva tricij upravo je reakcija neutrona, koji se oslobađaju pri fuziji, s litijem. Pri srazu neutrona s jezgrom litija-6 nastaje, uz tricij, helij-4, a u srazu s jezgrom litija-7 oslobađa se i neutron. Rastaljeni litij koji bi kružio oko tokamaka služio bi za hlađenje, ali i za proizvodnju goriva, tricija. Budući da apsorbira neutrone, litij bi mogao poslužiti i kao zaštita od zračenja. Eto, sve nam to donosi budućnost ili, bolje rečeno, kemija (i fizika) budućnosti.

 Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, a uskoro mu izlazi još jedna: „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.