Η δυναμική του λιθίου στα γεωθερμικά κοιτάσματα: Προοπτικές και προκλήσεις στην Ελλάδα

Το λίθιο στις γεωθερμικές πηγές δεν βρίσκεται σε «στερεά» κοιτάσματα (π.χ. σε πετρώματα όπως πηγματίτης και ορυκτά όπως ο σποδουμένης). Αντίθετα, βρίσκεται «διαλυμένο» σε υπόγειους αγωγούς και ταμιευτήρες, κυρίως αλκαλικών γεωθερμικών ρευστών. Συγκεκριμένα:

• Προέρχεται από την αλληλεπίδραση των θερμών νερών με τα ηφαιστειογενή και μετα-ηφαιστειογενή πετρώματα (όπως αυτά ρυολιθικής λιθολογίας) που αποτελούν το γεωλογικό υπόβαθρο περιοχών όπως το νησί της Μήλου (Σχήμα 1), η Κιμώλος κ.λπ. Αυτά τα πετρώματα περιέχουν δυναμικές συγκεντρώσεις λιθίου που «ξεπλένεται» και δυνητικά συγκεντρώνεται στα γεωθερμικά συστήματα.
• Τα γεωθερμικά ρευστά είναι συχνά πλούσια σε διάφορα άλατα και μέταλλα, όπως π.χ. κάλιο, ασβέστιο, και – σε ορισμένες περιοχές – περιέχουν σημαντικές συγκεντρώσεις λιθίου.

Το βασικό ερευνητικό ενδιαφέρον στην χώρας μας εστιάζεται προφανώς και κυρίως στα γεωθερμικά συστήματα υψηλής ενθαλπίας (θερμοκρασίας) των Κυκλάδων:

• Μήλος και Δυτικές Κυκλάδες είναι οι πιο μελετημένες και υποσχόμενες περιοχές. Τα γεωθερμικά ρευστά στο νησί της Μήλου έχουν καταγραφεί να περιέχουν συγκεντρώσεις λιθίου που φτάνουν και ξεπερνούν τα 20 mg/L (ppm). Σε παγκόσμια κλίμακα, συγκεντρώσεις άνω των 15-20 ppm θεωρούνται οικονομικά βιώσιμες για εξαγωγή, ειδικά αν συνδυάζονται με μια ήδη λειτουργική γεωθερμική παραγωγή ενέργειας.
• Υπάρχουν επίσης ενδείξεις για αυξημένες συγκεντρώσεις λιθίου στα γεωθερμικά ρευστά της Σαντορίνης, αν και μάλλον σε λιγότερο προχωρημένο ερευνητικό στάδιο.
• Αναγνωριστικής έρευνας χρήζουν δυνητικά και άλλα γεωθερμικά συστήματα σε περιοχές της Ελλάδας, με κυρίαρχο μαγματογενή/ηφαιστειογενή λιθολογικό γεωλογικό υπόβαθρο.

• Το λίθιο είναι κρίσιμη ορυκτή πρώτη ύλη (ΚΟΠΥ) στην παραγωγή μπαταριών για ηλεκτρικά οχήματα και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, καθιστώντας το στρατηγικά σημαντικό για τη «πράσινη» μετάβαση.
• Η εξαγωγή λιθίου από γεωθερμικά νερά είναι μια σχετικά καινοτόμος και περιβαλλοντικά διαχειρίσιμη διαδικασία. Μπορεί να συνδυαστεί με υφιστάμενες γεωθερμικές μονάδες παραγωγής. ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιώντας το ίδιο ρευστό, μειώνοντας έτσι το περιβαλλοντικό αποτύπωμα και το κόστος.
• Αν αποδειχθεί οικονομικά βιώσιμη, η ανάκτηση λιθίου θα μπορούσε να μετατρέψει τα γεωθερμικά κοιτάσματα από πηγές μόνο ενέργειας, σε πηγές ενέργειας και ΚΟΠΥ, δημιουργώντας σημαντική προστιθέμενη αξία για την κάθε (π.χ., ελληνική) οικονομία.

• Η τεχνολογία άντλησης του λιθίου απευθείας από τα γεωθερμικά υγρά (Direct Lithium Extraction, DLE) βρίσκεται ακόμα σε στάδιο ανάπτυξης και βελτιστοποίησης παγκοσμίως. Η εφαρμογή της σε βιομηχανική κλίμακα απαιτεί επενδύσεις και δοκιμές.
• Πρέπει να εξακριβωθεί η οικονομική βιωσιμότητα, ότι δηλαδή το κόστος εξαγωγής και επεξεργασίας είναι χαμηλότερο από την αξία του παραγόμενου λιθίου.
• Πρέπει να γίνει λεπτομερής περιβαλλοντική μελέτη για να διασφαλιστεί ότι η διαδικασία δεν θα επηρεάσει αρνητικά τα υπόγεια νερά ή τα γύρω οικοσυστήματα.

Η Ελλάδα διαθέτει πιθανές ποσότητες λιθίου στα γεωθερμικά της κοιτάσματα, ιδιαίτερα στη Μήλο και τις Δυτικές Κύκλαδες. Μια θεώρηση και αρχική γεωχημική προσέγγιση που χρήζει περαιτέρω γεωλογικής έρευνας. Η ανάπτυξη της απαραίτητης τεχνολογίας και η απόδειξη της οικονομικής βιωσιμότητας θα καθορίσουν εάν αυτές οι πηγές μπορούν να έχουν κοιτασματολογικό ένδιαφέρον από πλευράς λιθίου. Μια αρχική ερευνητική προσέγγιση, αποτελεί για παράδειγμα, η γεωχημεία των ρυολιθικών πετρωμάτων, στο λιθολογικό περιβάλλον των οποίων φιλοξενούνται τα γεωθερμικά συστήματα στη Μήλο.

Η περιεκτικότητά λίθιου σε ρυολιθικά πετρώματα ποικίλλει δραματικά ανάλογα με τον τύπο και την προέλευση τους. Ωστόσο, μπορούμε να ορίσουμε τα γενικά εύρη σχετικών τιμών:

• Μέση τιμή σε χαρακτηριστικούς ρυολίθους: 30 - 65 ppm λίθιο.
  • Αυτό είναι το ποιο κοινό εύρος για πολλούς ρυολίθους που δεν θεωρούνται εμπλουτισμένοι σε λίθιο.
• Εμπλουτισμένοι σε λίθιο ρυόλιθοι (Lithium-Rich Rhyolites, LREL) με πριεκτικότητες > 100 ppm, συχνά > 200 ppm, που μπορεί να φτάσουν έως και πάνω από 1000 ppm.
  • Αυτοί είναι οι ρυόλιθοι που δημιουργούν οικονομικό ενδιαφέρον σαν πηγή λιθίου. Προέρχονται από μαγματικές πηγές, αρχικά πλούσιες σε λίθιο και νερό. 

Για να τεθεί το θέμα σε ένα πιο συγκεκριμένο γεωχημικό πλαίσο, στον παρακάτω Πίνακα παρουσιάζονται ορισμένες συγκρίσεις με άλλα πετρώματα.

Αυτή είναι μια κρίσιμη διαδικασία, με δυναμική εφαρμογή και στην Ελλάδα. Χαρακτηριστικές παράμετροι (περιγράφονται όσο πιο απλά γίνεται), που για παράδειγμα απαιτούνται είναι:

• Υψηλή αρχική περιεκτικότητα: Οι ρυόλιθοι περιοχών όπως η Μήλος και η Σαντορίνη είναι ηφαιστειακά πετρώματα που σχηματίστηκαν από πλούσια σε πτητικά συστατικά (φθόριο/F, λίθιο/Li, βόριο/B, νερό/H₂O) μάγματα. Αυτοί οι ρυόλιθοι ξεκινούν με υψηλή περιεκτικότητα σε λίθιο (συχνά >100 ppm).
• Υδροθερμική δραστηριότητα σε επίπεδα 300 βαθμών κελσίου: Όταν αυτά τα θερμά υπόγεια νερά (τα γεωθερμικά ρευστά δηλαδή) κυκλοφορούν μέσα σε διακλάσεις του ρυόλιθου, εκχυλίζουν το λίθιο από πρωτογενή ορυκτά, όπως οι άστριοι και ο βιοτίτης.
• Το λίθιο διαλύεται εύκολα στο θερμό, αλκαλικό νερό. Απελευθερώνεται από την κρυσταλλική δομή του πρωτογενούς ορυκτού και μεταφέρεται στο ρευστό.
• Το γεωθερμικό ρευστό, πλέον πλούσιο σε διάλυτο λίθιο (συνήθως σε μορφή ιόντων Li⁺), μεταφέρεται και συγκεντρώνεται στους γεωθερμικούς συλλέκτες/ταμιευτήρες.

• Οι ρυόλιθοι της Μήλου ανήκουν στην κατηγορία των εμπλουτισμένων σε πτητικά συστατικά (F, Li, καίσιο/Cs, ρουβίδιο/Rb, B, H₂O)
• Οι αναλύσεις δείχνουν ότι οι περιεκτικότητες τους σε λίθιο μπορεί να κυμαίνονται από 80ppm έως πάνω από 200ppm. 

Αυτή η υψηλή αρχική περιεκτικότητα είναι ο λόγος που τα γεωθερμικά ρευστά που αλληλεπιδρούν με αυτούς τους ρυολίθους φτάνουν συγκεντρώσεις μέχρι και 20-25 ppm λίθιο, που ποιοτικά τουλάχιστον, είναι οικονομικά ενδιαφέρουσες. Στον Πίνακα 1 που ακολουθεί καταδεικνύεται πόσο διαφορετικός είναι ο ρυόλιθος της Μήλου από έναν συνηθισμένο ρυόλιθο. Οι τιμές σε Li, Cs και Rb είναι ανώμαλα υψηλές, κάτι που εξηγεί γιατί τα γεωθερμικά συστήματά της είναι τόσο ιδιαίτερα.

Οι χαρακτηριστικές τιμές λιθίου σε ρυολιθικά πετρώματα κυμαίνονται από 30-65 ppm για συνηθισμένους ρυολίθους έως πάνω από 100-200 ppm για τους εμπλουτισμένους σε λίθιο, που είναι ακριβώς ο τύπος που απαντάται σε γεωθερμικά ενεργές περιοχές όπως οι Ελληνικές Κυκλάδες. Αυτή η υψηλή περιεκτικότητα στο πέτρωμα-πηγή είναι η προϋπόθεση για τη δημιουργία γεωθερμικών ρευστών με κοιτασματολογικά δυναμική και βιώσιμη συγκέντρωση διαλυμένου λιθίου.

Davis, G. H. and J. A. Bickle (1985): The volcanic stratigraphy and metallogenesis of the Milos volcanic center. Economic Geology, vol. 80, pp. 762-787

Davis, G. H., J. A. Bickle, T. J. Chapman, M. D. D. Symonds, A. Z. S. Liakopoulos (1991): The geological setting and geochemistry of the Milos geothermal system, Greece. Geothermics, Vol. 20, No. 5/6, pp. 289-312

Goodenough, K. M., F. Wall, D. Merriman (2017): Lithium enrichment in the continental crust: The role of metamorphic and magmatic processes. Elements, vol. 13, pp. 255-260

Liakopoulos Α., A. Koronios, K. Boultaxis, K. Katerinopoulos (2004):The association of borate and lithium deposits in Milos Island, Greece. 10th International Congress of the Geological Society of Greece

Liakopoulos A., V. Melfos, P. Voudouris (2016): Lithium in Greek bauxite and porphyry-type deposits: New data and suggestions for further research. Bulletin of the Geological Society of Greece, vol. 50

Mendrinos, Dimitrios & Choropanitis, Ioannis & Polyzou, Olympia & Karytsas, Constantine. (2010). Exploring for geothermal resources in Greece. Geothermics. 39. 124-137. 10.1016/j.geothermics.2009.11.002

photo chedits εξωφύλλου: saltyrides.gr