USGS Umumkan Potensi Litium Besar di Arkansas dengan Machine Learning

• Di tengah meningkatnya permintaan baterai kendaraan listrik, penelitian yang dipimpin USGS memperkirakan ada 5 juta hingga 19 juta ton litium dalam air garam di formasi Smackover, barat daya Arkansas
• Jika dapat dipulihkan secara komersial, jumlah ini setara dengan lebih dari 9 kali proyeksi permintaan litium global untuk baterai mobil pada 2030
• Tim peneliti menggabungkan analisis sampel air dan machine learning untuk membuat peta distribusi litium, termasuk area yang tidak memiliki sampel sebelumnya
• Angka ini merupakan penilaian keberadaan di lokasi dan belum mengevaluasi berapa banyak yang benar-benar dapat dipulihkan dengan teknologi ekstraksi litium dari air garam terbaru
• Jika litium bisa diperoleh dari aliran limbah air garam dalam proses produksi minyak dan gas, hal ini dapat langsung memengaruhi ketergantungan impor AS dan pembahasan rantai pasok baterai

---

Potensi litium di formasi Smackover, Arkansas

• Penelitian yang dipimpin USGS memperkirakan terdapat 5 juta hingga 19 juta ton litium dalam air garam di formasi Smackover bawah tanah di barat daya Arkansas
• Jika dapat dipulihkan secara komersial, jumlah ini bisa memenuhi lebih dari 9 kali proyeksi permintaan litium global untuk baterai mobil pada 2030
• USGS memperkirakan bahwa litium yang naik ke permukaan bersama aliran limbah minyak dan air garam di Arkansas selatan saja dapat memenuhi perkiraan konsumsi litium AS saat ini
• Bahkan estimasi terendah, yaitu 5 juta ton, masih lebih dari 9 kali proyeksi permintaan litium global untuk kendaraan listrik pada 2030 menurut International Energy Agency

Metode penelitian dan data

• Penelitian ini dilakukan melalui kerja sama antara USGS dan Office of the State Geologist di bawah Arkansas Department of Energy and Environment
• USGS Brine Research Instrumentation and Experimental lab menganalisis sampel dari Arkansas dan membandingkannya dengan data historis sampel air yang dihasilkan selama proses produksi hidrokarbon
• Untuk pembanding, digunakan data dari USGS Produced Waters Database
• Model machine learning menggabungkan konsentrasi litium dalam air garam dan data geologi untuk membuat peta prediksi total konsentrasi litium di seluruh wilayah
  • Area tanpa sampel litium juga dimasukkan dalam prediksi
• Hasil penelitian dipublikasikan di Science Advances, dan makalahnya dapat dilihat di https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8149

Latar belakang geologi dan batasan kemungkinan pemulihan

• Formasi Smackover adalah jejak laut purba, dengan unit geologi batu kapur berpori dan permeabel yang membentang di bawah sebagian Arkansas, Louisiana, Texas, Alabama, Mississippi, dan Florida
• Formasi ini terbentuk pada era geologi Jura dan dikenal memiliki cadangan minyak serta bromin
• Baru-baru ini, formasi ini juga mendapat perhatian karena potensi litium dalam air garam berkadar garam tinggi yang terkait dengan lapisan endapan garam dalam
• Estimasi kali ini merupakan penghitungan pertama atas total litium terlarut yang ada di formasi Smackover di barat daya Arkansas
• Peneliti Katherine Knierim menyatakan bahwa angka ini adalah penilaian keberadaan di lokasi, dan belum menghitung jumlah yang secara teknis dapat dipulihkan dengan metode terbaru untuk mengekstrak litium dari air garam

Pasokan litium AS dan konteks mineral kritis

• Litium adalah mineral kritis yang penting untuk produksi baterai, dan permintaannya diperkirakan terus meningkat seiring percepatan transisi ke kendaraan listrik dan hibrida
• AS bergantung pada impor untuk lebih dari 25% kebutuhan litiumnya
• David Applegate, Director USGS, menyatakan bahwa litium adalah mineral kunci dalam transisi energi, dan peningkatan produksi domestik AS memiliki implikasi terhadap penggantian impor, lapangan kerja, manufaktur, serta ketahanan rantai pasok
• Sejak 1879, USGS telah menyediakan informasi ilmiah tentang geologi, energi, dan sumber daya mineral, serta melacak produksi, permintaan, dan impor litium AS sebagai bagian dari perannya dalam memelihara List of Critical Minerals tingkat pemerintah berdasarkan Energy Act of 2020

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Bagian metodologi makalahnya memberi sedikit lebih banyak detail tentang algoritma machine learning apa yang digunakan.
  Untuk memprediksi konsentrasi litium dalam air asin Smackover Formation di seluruh Arkansas selatan, mereka membuat model machine learning RF, menambahkan variabel penjelas ke sampel air asin yang diambil dari sumur, menyesuaikan RF untuk prediksi per sumur dan evaluasi kinerja, lalu membuat peta konsentrasi litium yang kontinu secara spasial di seluruh unit Reynolds oolite dari Smackover Formation, serta menelaah pentingnya variabel dan pengaruhnya.
  Untuk penyesuaian awal, mereka menguji XGBoost, k-nearest neighbors, dan random forest dengan framework tidymodels di R, dan karena random forest secara konsisten menunjukkan akurasi lebih tinggi dan bias lebih rendah, model itu dipakai sebagai model akhir. Jika disetel dengan benar, XGBoost sepertinya juga akan menghasilkan hasil serupa, jadi menarik bahwa random forest tampil lebih baik.

  • Dengan kata lain, ini cukup mirip dengan interpolasi yang biasanya digunakan pada dataset seperti ini di bidang eksplorasi mineral.
    Di bidang ini, kriging/co-kriging, yaitu Gaussian process, lebih umum dipakai karena sejarahnya panjang dan hiperparameter seperti anisotropi spasial. Namun kriging cukup sulit menangani input yang tidak kontinu, sedangkan random forest jauh lebih toleran. Tidak perlu membuat model kovarians untuk nilai diskret atau model kovarians untuk hubungan antarvariabel input.
  • RF adalah random forest.
    Beberapa hari lalu juga ada pembahasan tentang "Why do Random Forests Work? Understanding Tree Ensembles as Self-Regularizing Adaptive Smoothers".
    https://arxiv.org/abs/2402.01502
    https://news.ycombinator.com/item?id=41873968
    https://en.wikipedia.org/wiki/Random_forest
  • Secara teori, tidak ada alasan gradient boosting harus selalu mengalahkan random forest; kalau memang begitu, itu akan bertentangan dengan teorema "no free lunch".
    Meski begitu, dalam praktiknya, bahkan pada data kecil dan berisik, kecenderungannya biasanya tampak seperti itu. Jika disetel lebih baik, saya rasa XGBoost masih akan menang. Di makalahnya disebutkan bahwa penulis memilih kumpulan hiperparameter yang tidak optimal karena khawatir overfitting; dengan logika yang sama, bisa jadi mereka juga memilih jenis model yang tidak optimal.
  • Saya penasaran apakah prediksinya benar-benar divalidasi. Dari artikel saja, saya tidak melihat adanya pengambilan sampel inti untuk memastikan apakah modelnya benar.
  • Random forest memang kuat untuk data berbentuk tabel. XGBoost juga bagus, tetapi untuk benar-benar memaksimalkan performanya, sering kali lebih membutuhkan penyetel otomatis seperti pycaret.

• Di Nevada juga ada cadangan litium besar dan persiapan penambangannya sedang berlangsung.
  General Motors menginvestasikan 650 juta dolar untuk mendapatkan akses terjamin ke produksi Thacker Mine. Lokasinya berada di kaldera pegunungan yang memaksa I-80 memutar saat melewati Winnemuca, Nevada; kota terdekat adalah Mill City, NV, yang meskipun berada di samping I-80 dan jalur kereta utama, tercatat sebagai kota hantu.
  Lokasi tambang sekitar 12 km dari Mill City melalui jalan tanah yang tidak tercakup Google Street View. Di Google Earth terlihat jejak pembangunan dekat Mill City, tampak seperti taman trailer dan halte truk. Jalan menuju tambang tampaknya baru-baru ini diratakan, tetapi di lokasi tambangnya sendiri belum ada apa-apa.
  Sebagai lokasi tambang, ini cukup bagus. Tidak ada tetangga dalam radius setidaknya 10 km, dan dalam radius 15 km ada akses jalan bagus serta rel kereta.
  https://en.wikipedia.org/wiki/Thacker_Pass_lithium_mine

  • Tidak semua orang menganggap tempat ini lokasi yang baik untuk tambang: https://www.protectthackerpass.org/
    "Untuk menghentikan tar sands, kita benar-benar harus menghentikan tar sands, bukan meledakkan gunung di tempat lain dan berharap itu berujung pada berakhirnya tar sands."
    https://maxwilbert.substack.com/p/the-long-shadow-of-the-tar-sands
  • Deskripsi lokasi tambangnya tidak cocok dengan tautan Wikipedia.
    Jika mencari Thacker Mine di Google Maps, koordinatnya 40.58448942010599, -117.8912129833345, dekat I-80 dan Mill City seperti yang disebutkan, dan tidak ada apa-apa di sana. Namun Wikipedia menyebut McDermitt Caldera di 41.70850912415866, -118.05475061324945, yang sama sekali tidak dekat dengan Mill City atau I-80. Untuk kasus ini, sepertinya lebih baik tidak mempercayai Google.

• Dalam jangka pendek ini mungkin merupakan pencapaian bagus untuk infrastruktur energi, tetapi kalau harga yang harus dibayar untuk memperoleh bahan baku adalah mengobrak-abrik lahan yang luas, perasaan saya selalu campur aduk
  Menarik juga seberapa banyak yang bisa mereka modelkan berdasarkan data air asin limbah dari industri lain di wilayah ini, dan jika litium benar-benar ditambang, akurasi prediksi machine learning itu akan menunjukkan banyak hal
  Bagian yang tidak sempat saya pahami karena waktu untuk membaca makalah aslinya terbatas adalah metode apa yang diperlukan untuk mengekstraksi sebagian besar cadangan yang diperkirakan. Jika pengolahan air asin sudah cukup, mengendalikan eksternalitas mungkin lebih mudah daripada menyingkirkan seluruh lapisan penutup terlebih dahulu lewat tambang terbuka

  • Penambangan ini mengimbangi penambangan lain yang berlangsung dalam skala jauh lebih besar. Skala penambangan minyak, batu bara, dan gas sangat besar, dan baterai litium serta energi terbarukan sudah mengurangi kebutuhan itu
    Jadi dengan beralih ke energi terbarukan dan baterai, jumlah penambangan bersih justru bisa berkurang. Tentu saja penting untuk menambang litium secara bersih dan bertanggung jawab, terutama jika dekat dengan tempat tinggal orang. Namun dibandingkan dengan material lain yang sudah kita tambang dalam skala jauh lebih besar, sebanyak apa pun litium yang akan ditambang ke depan tetap hanya setetes air di lautan
    Selain itu, litium yang sudah ditambang bisa digunakan berulang kali dan didaur ulang. Begitu masuk ke dalam siklus, ia akan terus digunakan kembali. Jika memperhitungkan peningkatan teknologi baterai dan proses produksi, jumlah yang sekarang beredar kemungkinan dapat menopang kapasitas baterai yang lebih besar ketika kelak didaur ulang. Itu pun meski memperhitungkan kehilangan yang tak terhindarkan dalam proses daur ulang
    Proses daur ulang litium sudah berjalan dengan baik, hanya saja sebagian besar baterai litium yang dipakai saat ini masih sangat baru dan masih jauh dari waktu daur ulang, sehingga daur ulang skala besar hampir belum ada. Justru karena umur pakai baterai makin baik, waktu ketika daur ulang skala besar dibutuhkan semakin mundur
    Metode ekstraksi sangat bergantung pada komposisi endapan, apakah berupa air asin atau bentuk lain, dan material lain apa saja yang ada. Air asin dengan kandungan litium kecil, komposisi batuan, lempung, dan sebagainya sangat beragam
  • Dalam kasus ini, lapisan penutup tidak bisa disingkirkan secara fisik. Smackover berada pada kedalaman beberapa km di sebagian besar wilayah ini
    Ini adalah penambangan air asin, jadi “tambang”-nya pada dasarnya adalah sumur air dalam. Litium bukan berada di batu kapur itu sendiri, melainkan relatif terkonsentrasi di air dalam pori-pori batu kapur
    Dalam kebanyakan kasus, air asin dari Smackover Formation sudah diproduksi dalam proses produksi minyak dan gas yang ada, tetapi setelah minyaknya dipisahkan, air asin itu disuntikkan kembali. Idenya adalah lebih baik menyimpan air asin tersebut, menguapkannya, lalu menggunakannya untuk produksi litium
    Secara umum memang diperlukan kolam evaporasi yang besar, tetapi ini bukan tambang terbuka
  • Skala “menggali tanah” yang diperlukan dalam produksi litium, dibandingkan semua jenis penambangan lain, ibarat debu di mata paus
    Saya penasaran apakah Anda merasakan ketakutan yang sama terhadap aluminium, besi, sabun cuci piring, dan garam meja. Dari sisi skala, semua tambang litium yang ada maupun yang diusulkan sangat kecil menurut standar pertambangan

• Saya tidak tahu apakah litium memang cukup langka sampai begitu penting. Saya pernah membaca bahwa Salton Sea mungkin memiliki cukup litium untuk memasok permintaan selama beberapa tahun
  Dari pengamatan saya, yang penting bukanlah ada atau tidaknya litium, melainkan bagaimana membuatnya menjadi produk komersial dengan murah. Untuk sebagian besar tujuan, ujung-ujungnya ini berarti menambang di tempat yang tidak memiliki regulasi lingkungan

• Saya bekerja di industri ini, tepatnya di bidang penambangan batuan keras
  Pasokan litium itu sendiri bukan masalah. Di Australia banyak, dan pasar bahkan kelebihan pasokan. Lihat saja harga litium saat ini
  Masalahnya adalah proses konversi. Sebagian besar pabrik berada di Tiongkok. Jika fasilitas pemurnian untuk mengubahnya menjadi litium karbonat dibangun, Australia akan memasok kebutuhannya

  • Saya menantikan hari ketika Australia menjadi bengkel tempa dunia
    Dengan begitu banyak mineral dan sinar matahari, itu kombinasi yang hebat. Terima kasih kepada Saul Griffith

• Saya berharap tidak ada penambangan di Mobile Basin. Tempat itu adalah salah satu ekosistem dengan keanekaragaman hayati tertinggi di Amerika Utara
  https://www.youtube.com/watch?v=8j9coyJeB4Q

  • Mengekstraksi litium dari air asin lebih bersih daripada, misalnya, mengekstraksinya dari bijih spodumene. Selain itu, ekstraksi litium langsung dari air asin lebih cepat, lebih bersih, membutuhkan area lebih kecil, dan konsumsi energinya juga lebih rendah
  • Kedengarannya aneh, tetapi bahan bakar yang selama ini melindungi ekosistem dalam skala besar pada dasarnya hanyalah bahan bakar fosil dan nuklir
    Reboisasi global hampir sepenuhnya merupakan hasil dari peralihan rumah tangga dari kayu ke batu bara pada abad ke-20
  • Natrium juga selalu menjadi opsi: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery
  • Salah satu alasan besar mengapa pemegang kekuasaan nyata dunia saat ini adalah Saudi Arabia dan China adalah karena kita menolak mengumpulkan dan menggunakan sumber daya, sementara mereka melakukannya
    Kini saatnya menyadari bahwa Pax Americana adalah era yang bisa saja kita hilangkan, lalu mulai kembali melakukan penambangan dan pembangunan

• Ah, autokorelasi spasial, teman lama
  Ini pekerjaan yang sangat bagus, tetapi biasanya model prospektivitas tidak dibuat dengan cara seperti ini. Lebih tepatnya, sekarang model seperti ini tidak divalidasi dengan cara seperti ini. Meski begitu, senang melihat USGS mulai terjun lagi ke bidang ini. USGS dan GSC sudah lama menjadi pemimpin di bidang ini, tetapi selama 5–7 tahun terakhir mereka agak melepasnya

• Jika litium ditemukan begitu banyak sampai praktis menjadi gratis, apakah biaya baterai akan turun drastis? Apakah pasokan litium saat ini membatasi produksi?

  • Kendala utama litium bukanlah ketersediaannya, melainkan biaya ekstraksi
    China menjadi pemimpin di bidang ini bukan karena sumbernya melimpah atau teknologinya luar biasa, melainkan karena bersedia sepenuhnya mengabaikan eksternalitas lingkungan, termasuk eksternalitas dari pembangkitan listrik yang dipakai dalam seluruh proses. Karena itu harga litium dari China rendah, dan negara yang tidak punya "keunggulan" serupa atau teknologi baru yang mengesankan pada praktiknya sulit bersaing
    Di Amerika Serikat, regulasi lingkungan, biaya produksi listrik, dan biaya tenaga kerja semuanya akan menaikkan harga produk akhir hingga sama sekali tidak kompetitif. Karena itu AS dan beberapa negara juga berinvestasi pada cara lain untuk mencari litium dan sebagainya di dasar laut. Harapannya biaya ekstraksinya lebih rendah. Tentu saja ada kekhawatiran terhadap ancaman bagi lingkungan laut dalam, dan jika hal itu memunculkan regulasi, harga bisa kembali naik
  • Tidak. Litium tidak langka dan jumlahnya mencukupi. Bisa juga diperoleh dari negara sahabat seperti Australia
  • Litium saat ini hanya sekitar 10% dari biaya baterai, jadi tidak
    Buktinya, sekarang sudah ada baterai ion natrium di pasar, tetapi meski umumnya memakai infrastruktur yang sama, harganya belum kompetitif. Potensinya ada. Salah satu keunggulan pentingnya adalah baterai ion natrium dapat dikosongkan dengan aman hingga 0V untuk penyimpanan/pengiriman
  • Apakah pasir praktis gratis hanya karena pantai dan gurun penuh dengannya? Pasir bisa dipakai untuk membuat beton, material yang bernilai
    Jangan lupakan biaya transportasi, penyimpanan, dan pemurnian
  • Saat ini litium di dunia sangat melimpah. Itu juga sudah diperkirakan. Kita hanya menjadi lebih baik dalam menemukan litium
    Sejujurnya, masalah energi hampir bisa dibilang sudah terpecahkan dengan teknologi yang kita miliki saat ini. Kita hanya perlu mempercepat adopsinya untuk mendorong balik bahan bakar fosil secara kuat. Anggap Jerman sebagai pengecualian. Uranium, yang dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk menjalankan pembangkit listrik, juga sudah memiliki cadangan besar; kita punya teknologi baterai litium untuk menyimpan listrik; dan panel surya untuk mengisi celah juga sedang diproduksi dan diterapkan secara massal. Yang dibutuhkan adalah menghubungkan titik-titik ini dan membuat sumber daya tersebut bekerja selaras satu sama lain

• Artikel terkait
  https://news.ycombinator.com/item?id=41910918
  https://news.ycombinator.com/item?id=41907144

• Di Canada juga pernah ada pekerjaan serupa: https://www.juniorminingnetwork.com/junior-miner-news/press-releases/1940-tsx-venture/lmr/106571-bourier-lithium-project-update-lomiko-metals-and-critical-elements-report-discoveries-and-identify-lithium-targets-for-exploration-using-goldspot-discoveries-artificial-intelligence-methods.html