Što je metal teži to je skuplji. Kad kažem „teži“ mislim i na njegovu specifičnu težinu (gustoću) i na atomsku težinu, tj. relativnu atomsku masu. Zlato, kemijski element rednog broja 79 i relativne atomske mase 197, skuplji je (62.837 dolara po kilogramu) od srebra (717 dol/kg), plemenitog metala rednog broja 47 i atomske mase 108. Ta su dva metala opet mnogo skuplja od bakra (8 dol/kg), prvog člana 11. skupine periodnog sustava kojoj sva tri elementa pripadaju. No teško bi se moglo reći da taj kemijsko-ekonomski zakon vrijedi univerzalno. Paladij (75.920 dol/kg) je skuplji od zlata iako ima lakše atome od srebra (no ipak ima veću gustoću). Pa ni najteži element u prirodi, uranij (s rednim brojem 92) nije pretjerano skup. Cijena mu iznosi samo 107 dolara po kilogramu – što znači da je 45 puta skuplji od aluminija. To dakako vrijedi za sirovi, neobogaćeni uranij.

A što je sa cijenom najlakšeg metala? Taj metal ćemo lako naći u tablici periodnog sustava elementa. Riječ je dakako o litiju, zemnoalkalijskom metalu rednog broja 3 i atomske mase 7. Nije jeftin: kilogram stoji 71 dolar. No nije samo cijena problem. Rudna nalazišta prilično su rijetka, a otvaranje rudnika litijeve rude počesto vodi u ekološku katastrofu (Rio Tinto u Srbiji!). Usto potražnja za tim lakim metalom, tako lakim da pliva na vodi (gustoća mu iznosi samo 0,534 g/cm³) sve više raste. Procjenjuje se da će 2025. godine potražnja porasti na 498 tisuća tona. Litij je, zna se, osnovna sirovina za baterije, no koristi se i u proizvodnji lijekova i keramike. Kad se razvije tehnologija za proizvodnju električne energije nuklearnom fuzijom, trebat će ga mnogo pribaviti, jer će se fuzijski reaktor – bilo kako da se izvede – hladiti rastaljenim litijem. Zašto baš njime? Zato što apsorbira neutrone oslobođene termonuklearnom reakcijom, i – još važnije – u reakciji s njima, neutronima stvara tricij, gorivo za nuklearni reaktor (⁶Li + n → ⁴He + ³H, ⁷Li + n → ⁴He + ³H + n).

Automobili su tek počeli voziti na baterije, a kada se istroše, kad ima opadne kapacitet, još se mogu iskoristiti za druge svrhe, recimo za pohranu električne energije u kućanstvu. No kad-tad baterije će trebati reciklirati, a do tada treba razviti tehnologiju. Kakva bi to bila tehnologija može se pročitati u znanstvenom radu trojice kineskih znanstvenika što je objavljen u časopisu Matter: „An efficient lithium extraction pathway in covalent organic framework membranes“. Ključni izraz je „membrane s kovalentnom organskom okosnicom“, covalent organic framework membranes, skraćeno COF.

U kemijskom smislu riječ je o aromatskim molekulama, trovalentnim aminima koji se vežu s dvovalentnim aldehidima u dvodimenzijsku mrežu. Mreža ima, dakako, očice, pore, od samo 2,24 nm. No one nisu prazne. U njima se nalaze lanci atoma (R) vezanih za aldehidnu komponentu. I baš u tim lancima leži željeno svojstvo membrana, naime da razdvajaju ione sličnih metala. Pri tom mislim na ione alkalijskih (Li⁺, Na⁺, K⁺) i zemnoalkalijskih metala (Ca²⁺, Mg²⁺). Suprotno očekivanju, metoda odvajanja se ne osniva na vezivanju iona koji ne trebaju proći, nego baš obratno: membrana selektivno veže litij, ali – važno je napomenuti – veže ga reverzibilno. Upravo takvo, reverzibilno vezanje omogućuje ionima Li⁺ da putuju iz područja više u područje niže koncentracije, iz matičnice (feed solution) u filtrat (permeat solution).   

I teorija i eksperiment su pokazali da prolaznost kroz membranu opada u nizu Li⁺ > K⁺> Na⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺. Od lanaca (R) vezanih za aldehidnu komponentu najboljim se pokazao onaj najduži i najbogatiji kisikom, polieter označen na shemi sa 4EO. Membranom COF-4EO-PAN (PAN stoji za nosivi polimer, poliakrilonitril), debljine tisućinku milimetra, postignut je faktor separacije 64: pri istoj koncentraciji, membrana propušta jedan ion magnezija na 64 litijeva.

Na kraju treba reći da i sami autori priznaju da je njihova membrana još daleko od tehnološke primjene. (Da se već može primijeniti, zaštitili bi je patentom!) No budućnost tehnologije litija leži u ovakvim, COF-membranama. Kad kažem „tehnologija litija“ ne mislim samo na reciklažu baterija. U moru ima 0,1 do 0,2 grama litija po toni, pa ako bi se razvila tehnologija za njegovo izdvajanje iz morske vode (ili, bolje, solnog koncentrata zaostalog nakon desalinizacije), najlakšeg nam metala ne bi uzmanjkalo – baš da se svi vozimo električnim autima napajanima strujom iz fuzijskih nuklearki.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor stotinjak znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik mrežnih stranica Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.