به گزارش تجارت نیوز، با گسترش خودروهای برقی، توربینهای بادی و سامانههای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه، تقاضای جهانی برای لیتیوم با سرعتی بیسابقه در حال افزایش است. با این حال، روشهای رایج استخراج این فلز همچنان کند، پرمصرف از نظر آب و پرهزینه از نظر زیستمحیطی هستند. امروزه لیتیوم عمدتا از دو مسیر شورابههای زیرزمینی بسیار شور و استخراج از سنگهای سخت معدنی تامین میشود. هر دو روش با چالشهای جدی همراهاند. حوضچههای تبخیر خورشیدی به زمین وسیع، آب فراوان و زمان طولانی (گاهی تا دو سال) نیاز دارند، در حالی که استخراج سنگهای سخت با تولید زبالههای معدنی و انتشار بالای گازهای گلخانهای همراه است.
محدودیت روشهای فعلی در برابر رشد تقاضا
حدود ۴۰ درصد تولید جهانی لیتیوم از شورابههایی تامین میشود که در زیر بیابانها ذخیره شدهاند. اما بسیاری از منابع شورابهای جهان غلظت لیتیوم پایینی دارند. حاوی ناخالصیهایی مانند منیزیم هستند یا در مناطقی قرار دارند که شرایط لازم برای تبخیر خورشیدی را ندارند.
با افزایش تقاضای باتری، این محدودیتها بیش از گذشته خود را نشان میدهند و نیاز به روشهای سریعتر و پاکتر استخراج لیتیوم را برجسته میکنند.
بازنگری در جداسازی لیتیوم؛ فناوری S3E چیست؟
پاسخ محققان دانشگاه کلمبیا انجینیرینگ به این چالش، توسعه روشی موسوم به استخراج انتخابی با حلال قابلتنظیم (S3E) است.
در این روش:
- از یک حلال حساس به دما استفاده میشود
- در دمای اتاق، حلال بهطور انتخابی یونهای لیتیوم را همراه با آب جذب میکند
- با افزایش دما، لیتیوم در قالب یک جریان تصفیهشده آزاد میشود
- حلال بدون نیاز به مواد شیمیایی اضافی، برای استفاده مجدد بازیابی میشود
نکته مهم اینکه این فرآیند بدون چرخههای طولانی تبخیر و بدون مواد شیمیایی اتصالدهنده انجام میشود.
حذف ناخالصیها و گزینشپذیری بالا
یکی از موانع اصلی استخراج لیتیوم از شورابهها، حضور منیزیم است که جداسازی لیتیوم را دشوار میکند. در روش S3E منیزیم از طریق یک مرحله رسوبگذاری کنترلشده حذف میشود و گزینشپذیری لیتیوم به شکل چشمگیری افزایش مییابد. بر اساس نتایج این مطالعه گزینشپذیری لیتیوم نسبت به سدیم تا ۱۰ برابر و نسبت به پتاسیم تا ۱۲ برابر بیشتر بوده است. این ارقام نشان میدهد که S3E حتی در شورابههای کمعیار و آلوده نیز عملکرد بالایی دارد.
آزمایشها چه میگویند؟ نگاهی به نتایج اولیه
در آزمایشهای آزمایشگاهی، محققان از شورابههای مصنوعی شبیهسازیشده بر اساس دریای سالتون کالیفرنیا استفاده کردند. نتایج نشان داد حدود ۴۰ درصد لیتیوم طی چهار چرخه استخراج تنها با استفاده از یک دسته حلال بازیابی شده است.
این موضوع نشان میدهد که فناوری S3E قابلیت حرکت از فرآیندهای دستهای به سمت عملکرد مداوم در مقیاس صنعتی را دارد.
دریای سالتون؛ گنج پنهان لیتیوم
برآوردها نشان میدهد منطقه دریای سالتون در کالیفرنیا بهتنهایی لیتیوم کافی برای تولید بیش از ۳۷۵ میلیون باتری خودروهای برقی را در خود جای داده است. با این حال، روشهای تبخیر خورشیدی عملا برای این منبع قابل استفاده نیستند؛ دقیقاً جایی که فناوری جدید میتواند نقش کلیدی ایفا کند.
مصرف انرژی کمتر و سازگاری با انرژیهای پاک
یکی دیگر از مزیتهای مهم S3E، مصرف انرژی پایینتر آن است. این سیستم میتواند با گرمای کم از منابع گرمایی هدررفته صنعتی یا از کلکتورهای خورشیدی تغذیه شود و به این ترتیب، ردپای کربنی فرآیند استخراج را کاهش دهد.
نگای یین ییپ، دانشیار مهندسی زمین و محیط زیست دانشگاه کلمبیا، در این باره میگوید: «تبخیر خورشیدی بهتنهایی هرگز نمیتواند پاسخگوی تقاضای آینده باشد. ما به روشهایی نیاز داریم که سریع، گزینشی و قابل توسعه باشند.»
گام بعدی چیست؟
پژوهشگران تاکید میکنند که این فناوری هنوز در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و برای حداکثر بازده بهینهسازی نشده است و به آزمایشهای میدانی و افزایش مقیاس صنعتی نیاز دارد. با این حال، S3E میتواند جایگزینی جدی برای حوضچههای تبخیر و استخراج سنگهای سخت باشد و دسترسی به منابع لیتیومی را ممکن کند که تاکنون غیرقابل بهرهبرداری بودهاند.
گامی به سوی زنجیره تامین پاکتر باتری
این مطالعه که در مجله علمی Joule منتشر شده است، نشان میدهد گذار به انرژی پاک تنها به تولید برق سبز محدود نمیشود، بلکه به پاکسازی زنجیره تأمین مواد حیاتی نیز وابسته است. همانطور که ییپ میگوید: «ما زیاد درباره انرژی سبز صحبت میکنیم، اما کمتر به آلودگی زنجیره تامین آن توجه داریم. اگر گذار پایدار میخواهیم، باید مواد اولیه را هم بهصورت پایدار تامین کنیم.» فناوری S3E میتواند یکی از گامهای مهم در این مسیر باشد؛ گامی که استخراج لیتیوم را سریعتر، پاکتر و در دسترستر میکند.
