Verborgen onder een oude vulkanische krater op de grens van Nevada en Oregon ligt een enorme afzetting van lithiumrijke klei. Wetenschappers denken nu dat dit rustige landschap voldoende lithium kan bevatten om de wereldwijde batterijmarkt gedurende tientallen jaren te beïnvloeden.
Een nieuwe studie stelt dat de McDermitt caldera mogelijk ongeveer 20 tot 40 miljoen metrische ton lithium herbergt, waarschijnlijk de grootste afzetting die tot nu toe is geïdentificeerd. Met de recente gemiddelde contractprijs voor lithiumcarbonaat in de Verenigde Staten, ongeveer 37.000 dollar per ton, komt deze schatting uit op bijna 1,5 biljoen dollar.
De afzetting bevindt zich binnen een caldera, een grote vulkanische krater die is gevormd toen een magmakamer instortte. Dit specifieke bekken strekt zich ongeveer 28 mijl van noord naar zuid en 22 mijl van oost naar west uit langs de Nevada-Oregonlijn.
Het onderzoek naar deze afzetting werd geleid door Thomas R. Benson, PhD, bij Lithium Americas Corporation (LAC). Zijn onderzoek richt zich op hoe lithiumrijke mineralen worden gevormd in vulkanische gebieden.
Ongeveer 16 miljoen jaar geleden deed zich een enorme uitbarsting voor die een groot deel van de magmakamer onder dit gebied leegde. Die uitbarsting liet dikke lagen hete as achter die later afkoelden tot harde vulkanische gesteente op de bodem van de caldera.
Later hield de krater een langlevend meer dat vulkanische as en slib verzamelde. Die sedimenten vormden kleisteen die nu veel van de lithiumrijke klei vasthoudt. Dieper onder het bekken bleef magma hydrothermale, heet water dat rijk is aan opgeloste mineralen uit te stoten, die lange tijd na de hoofd uitbarsting circuleerden.
Die vloeistoffen leachden lithium en andere elementen uit vulkanisch glas en droegen ze omhoog in de natte meer sedimenten. Naarmate die chemie zich ontwikkelde, veranderde het meer slib eerst in smectiet, magnesiumrijke klei die lithium in zijn lagen kan absorberen. Later veranderden hetere vloeistoffen delen van die smectiet in een andere klei genaamd illiet, die veel meer lithium opsluit.
In de lithiumrijke zone bij Thacker Pass vormt illiet, kaliumrijke klei die lithium stevig vasthoudt, een band van ongeveer 30 meter dik. Analyses tonen aan dat deze klei ongeveer 1,3 tot 2,4 procent lithium per gewicht kan bevatten, wat ongeveer dubbel is van typische kleisteenafzettingen.
Recent onderzoek heeft opgemerkt dat de hoogwaardige illietlaag dicht bij de oppervlakte ligt, wat grootschalige mijnbouw mogelijk maakt. Bovendien meldden onderzoekers lithiumconcentraties van ongeveer 1 procent per gewicht, volgens Thomas R. Benson, een geoloog bij Lithium Americas Corporation.
Lithium is vandaag de dag het bekendste als de kern van de lithium-ion batterij, een oplaadbare batterij die lithium-ionen tussen twee elektroden verplaatst. Deze batterijen voorzien in energie voor mobiele telefoons, laptops, elektrische auto’s en opslagpakketten die wind- en zonne-energie op het net balanceren.
Dezelfde onderzoeksgroep merkt op dat de wereldwijde vraag naar lithium tegen 2040 één miljoen ton per jaar zou kunnen bereiken, acht keer de output van 2022. Dat is de reden waarom een dergelijke geconcentreerde afzetting in één bekken zoveel aandacht trekt van overheden en bedrijven die zich voorbereiden op langetermijn energieovergangen.
Vulkanische meerafzettingen zoals deze zijn ondiep en breed, wat de stripverhouding verlaagt, de hoeveelheid afvalgesteente per ton ertsmateriaal. Vergeleken met diepere vondsten in harde rots betekent dat vaak minder geblazen gesteente en lagere energieverbruik per ton lithium.
Doordat de rijkste kleien zich dicht bij het aardoppervlak bevinden bij Thacker Pass, kunnen mijnwerkers zich rechtstreeks richten op de meest lithiumdichte lagen. De combinatie van enorme tonnages, hoge kwaliteitsgraden en relatief eenvoudige geometrie maakt deze afzetting ongebruikelijk onder de bekende lithiumbronnen die in klei zijn gehuisvest.
Een dergelijke enorme afzetting roept ook moeilijke vragen op over water, wilde dieren en de culturele betekenis van dit landschap. Lokale stammen en veeteeltgemeenschappen hebben hun zorgen geuit over hoe een grote mijn de bronnen van het gebied zou kunnen veranderen, evenals de heilige plaatsen.
Voorstanders wijzen erop dat een ondiepe kleiafzetting minder land kan verstoren dan meerdere kleinere mijnen verspreid over verschillende regio’s. Critici wijzen erop dat zelfs een enkele grote mijn het grondwater kan beïnvloeden, stof kan produceren en het habitat kan fragmenteren als het niet zorgvuldig wordt beheerd.
Het verwerken van lithium in klei is technisch uitdagend, omdat het metaal gebonden is in mineralen in plaats van in zoute pekel. Ingenieurs moeten de klei malen, middelen gebruiken voor leaching, chemisch wassen met zorgvuldig gekozen oplossingen en vervolgens lithium terugwinnen terwijl ze het waterverbruik en de afvalstoffen beperken.
Geologen die McDermitt bestuderen zien nu een recept voor rijke volcanische lithiumafzettingen dat magma-chemie, bekkenvorm en langdurige warmte mengt. De magmas hier waren peralkalisch, met een igneuze samenstelling die ongebruikelijk rijk is aan natrium en kalium, welke de neiging hebben om lithium vast te houden wanneer ze afkoelen.
Later steeg magma opnieuw onder de caldera in een fase die bekendstaat als heropleving, waarbij de opwaartse druk werd aangedreven door verse magma die omhoog duwt. Die beweging brak de bovenliggende gesteenten, opende paden voor warme vloeistoffen en concentreerde de vorming van lithiumrijke illiet langs de zuidelijke rand van het bekken.
Gewapend met dit model scannen exploratieteams vulkanische bekken op bijpassende chemie, bewaard gebleven meerbedden en tekenen van vroegere circulatie van warme vloeistoffen. Slechts een paar plaatsen wereldwijd lijken de combinatie van grote omvang, gesloten bekkeninstelling en langdurige magmatische activiteit te delen zoals McDermitt.
De lithiumafzetting van de McDermitt caldera is enorm, ondiep en chemisch ongebruikelijk, kwaliteiten die het onderscheiden van de meeste andere bekende bronnen. Tegelijkertijd bevindt het zich binnen een bebouwd landschap waar mensen, wildlife en water allemaal eerdere claims hebben. Beslissingen die de komende jaren worden genomen, zullen bepalen of dit lithium voornamelijk in klei blijft opgesloten of terechtkomt in batterijen en energienetwerken.
Hoe dan ook, McDermitt heeft al de manier veranderd waarop wetenschappers nadenken over waar kritische mineralen verborgen kunnen liggen binnen oude vulkanische systemen. Voor degenen die zich bezighouden met klimaat en technologie, is dit verhaal duidelijk de verbinding tussen verre geologische gebeurtenissen en de batterijen in hun dagelijks leven.
Het leren hoe mineralen in de aardkorst worden gevormd, wordt direct verbonden met vragen over auto’s, mobiele telefoons en energienetwerken.
