به گزارش تجارت نیوز، افزایش تقاضا برای باتریهای لیتیومی، خودروهای برقی، تجهیزات الکترونیکی و فناوریهای مرتبط با انرژیهای تجدیدپذیر باعث شده است که جهان بیش از هر زمان دیگری به مواد معدنی حیاتی وابسته شود. در حالی که بسیاری از کشورها برای دسترسی به ذخایر لیتیوم، کبالت، نیکل و عناصر خاکی کمیاب رقابت میکنند، گروهی از دانشمندان در آمریکا راهکاری متفاوت را دنبال میکنند؛ استخراج این عناصر ارزشمند از آب دریا. به باور این محققان، اقیانوسها میتوانند به بزرگترین منبع پایدار مواد معدنی جهان تبدیل شوند و وابستگی کشورها به معادن زمینی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
آب دریا؛ گنجینهای عظیم از مواد معدنی حیاتی
پژوهشگران آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL) اعلام کردهاند که اقیانوسهای جهان یکی از بزرگترین ذخایر دستنخورده مواد معدنی حیاتی را در خود جای دادهاند. این مواد شامل لیتیوم، منیزیم، منگنز، کبالت و عناصر خاکی کمیاب هستند که نقش کلیدی در تولید باتریهای پیشرفته، تجهیزات الکترونیکی، توربینهای بادی، پنلهای خورشیدی و بسیاری از فناوریهای مرتبط با انرژی پاک ایفا میکنند.
بر اساس برآورد این گروه تحقیقاتی، تنها ۰.۱ درصد از آب دریا در صورت استخراج کامل مواد معدنی موجود در آن، میتواند نیاز بشر به موادی مانند منیزیم و لیتیوم را برای حدود ۵۰ هزار سال آینده تأمین کند. این رقم نشان میدهد که ظرفیت اقیانوسها بسیار فراتر از آن چیزی است که تاکنون مورد توجه قرار گرفته است.
این پروژه اکنون با حمایت دفتر برق آبی و هیدروکینتیک وزارت انرژی آمریکا در حال توسعه است و هدف آن طراحی فناوریهایی است که بتوانند استخراج مواد معدنی از آب دریا را از نظر فنی و اقتصادی امکانپذیر کنند.
ایدهای قدیمی که با فناوریهای جدید جان تازه گرفته است
اگرچه استخراج مواد معدنی از آب دریا در نگاه نخست ایدهای نو به نظر میرسد، اما این فناوری سابقهای طولانی دارد. در دوران جنگ جهانی دوم، آمریکا بخش عمدهای از منیزیم مورد نیاز خود را از آب دریا استخراج میکرد. با این حال، از دهه ۱۹۹۰ و با افزایش واردات منیزیم، این روش به تدریج کنار گذاشته شد.
اکنون با رشد چشمگیر صنایع وابسته به لیتیوم و سایر مواد معدنی استراتژیک، پژوهشگران دوباره به سراغ این منبع عظیم رفتهاند؛ اما این بار با استفاده از فناوریهای پیشرفتهتر و روشهایی که میتوانند هزینهها را کاهش داده و بازده استخراج را افزایش دهند.
جسیکا کراس، اقیانوسشناس شیمیایی آزمایشگاه PNNL، در این باره میگوید: «اگر بتوانیم مواد معدنی موجود در تنها ۰.۱ درصد آب دریا را به طور کامل استخراج کنیم، همین مقدار برای تأمین نیاز بشر به موادی مانند منیزیم و لیتیوم برای ۵۰ هزار سال یا حتی بیشتر کافی خواهد بود.»
چرا استخراج لیتیوم از آب دریا دشوار است؟
با وجود ظرفیت فوقالعاده اقیانوسها، استخراج مواد معدنی از آب دریا کار سادهای نیست. دکتر چینمایی سوبان، شیمیدان آزمایشگاه PNNL، توضیح میدهد که بزرگترین مانع، غلظت بسیار پایین برخی عناصر در آب دریاست.
اگرچه منیزیم در آب دریا نسبتاً فراوان است، اما عناصری مانند لیتیوم و نیکل در مقادیر بسیار اندکی وجود دارند. همین مسئله باعث میشود برای دستیابی به مقدار قابل توجهی از این مواد، حجم بسیار زیادی از آب دریا باید فرآوری شود.
برای درک بهتر این موضوع، پژوهشگران مثالی ارائه کردهاند. یک استخر شنا در ابعاد استاندارد المپیک که حدود ۶۰۰ هزار گالن یا معادل ۲.۳ میلیون لیتر آب دریا را در خود جای میدهد، تقریباً حاوی ۶ هزار و ۵۷۰ پوند یا حدود ۲ هزار و ۹۸۰ کیلوگرم منیزیم است. اما همین حجم عظیم آب تنها ۰.۹۳ پوند یا حدود ۰.۴۲ کیلوگرم لیتیوم و تنها ۰.۰۰۲ پوند یا حدود ۰.۰۰۰۹۵ کیلوگرم نیکل در خود دارد. این آمار به خوبی نشان میدهد که استخراج لیتیوم از آب دریا به فناوریهای بسیار کارآمد و دقیق نیاز دارد.
فناوری جدید برای استخراج منیزیم از آب دریا
برای غلبه بر این چالش، محققان نوعی راکتور جریان مشترک طراحی کردهاند که به طور مداوم آب دریا را با هیدروکسید سدیم در تماس قرار میدهد.
در محل تماس این دو ماده، هیدروکسید منیزیم با خلوص بالا تشکیل میشود و سپس به سادگی قابل جمعآوری است. به گفته پژوهشگران، این فناوری چندین مرحله پردازش شیمیایی را حذف میکند و باعث میشود محصول نهایی مستقیماً به هیدروکسید منیزیم تبدیل شود؛ مادهای که کاربرد گستردهای در صنایع مختلف آمریکا دارد و بخش قابل توجهی از نیاز این کشور در حال حاضر از طریق واردات تأمین میشود.
یکی از مهمترین مزایای این فناوری آن است که ساختاری مدولار دارد و میتواند بدون نیاز به ایجاد زیرساختهای کاملاً جدید، در کنار کارخانههای نمکزدایی آب دریا نصب شود.
امکان تولید روزانه بیش از نیم میلیون کیلوگرم هیدروکسید منیزیم
پژوهشگران برای بررسی ظرفیت عملی این فناوری، آن را با زیرساختهای موجود مقایسه کردند. نتایج نشان داد که اگر این سامانه در کنار کارخانه نمکزدایی کارلزبد در ایالت کالیفرنیا نصب شود، در صورت بازیابی کامل مواد معدنی میتواند روزانه حدود ۱.۱۶ میلیون پوند یا نزدیک به ۵۲۴ هزار کیلوگرم هیدروکسید منیزیم تولید کند.
این میزان تولید بیش از سه برابر مصرف روزانه فعلی آمریکا از این ماده معدنی ارزشمند است و نشان میدهد که آب دریا میتواند در آینده به یکی از منابع اصلی تأمین منیزیم تبدیل شود.
استفاده دوباره از محصولات جانبی برای استخراج نیکل
تحقیقات دانشمندان تنها به استخراج منیزیم محدود نمیشود. آنها در حال بررسی راههایی هستند که بتوان از تمامی محصولات جانبی این فرآیند نیز استفاده کرد تا میزان ضایعات به حداقل برسد.
پس از استخراج منیزیم، آب نمک غلیظ باقیمانده وارد فرآیندی به نام الکترودیالیز غشایی دوقطبی (BPMED) میشود. این فناوری مواد شیمیایی اسیدی و بازی مورد نیاز برای ادامه فرآیند استخراج را تولید میکند.
پژوهشگران نشان دادهاند که اسید تولیدشده از طریق BPMED حتی عملکرد بهتری نسبت به اسید هیدروکلریک تجاری دارد. در آزمایشهای انجامشده، این اسید توانست ۳۷ درصد نیکل بیشتری را از سنگ معدنی الیوین استخراج کند؛ موضوعی که میتواند هزینههای استخراج فلزات را در آینده کاهش دهد.
جلبکهای دریایی نیز از این فناوری سود میبرند
یکی دیگر از بخشهای جالب این پروژه، استفاده از محصولات جانبی برای توسعه آبزیپروری و تولید زیستتوده است.
اسکات ادموندسون، گیاهشناس و پژوهشگر ارشد آزمایشگاه تحقیقات دریایی PNNL در شهر سکوئیم، میگوید برخی مواد معدنی حیاتی در جلبکهای دریایی با غلظتی یک میلیون برابر بیشتر از آب دریای اطراف آنها یافت میشوند.
مطالعات پیشین نیز نشان دادهاند که آب دریایی که پس از فرآیند BPMED اندکی اسیدی میشود، میتواند رشد جلبکهای دریایی را سرعت ببخشد. این موضوع امکان طراحی سامانههایی را فراهم میکند که به طور همزمان مواد معدنی، سوختهای زیستی، کودهای کشاورزی، زیستتوده و مواد شیمیایی ارزشمند تولید کنند و بهرهوری اقتصادی این فناوری را افزایش دهند.
اگرچه استخراج لیتیوم، منیزیم و سایر مواد معدنی حیاتی از آب دریا هنوز با چالشهای فنی، مهندسی و اقتصادی روبهرو است، اما پژوهشگران آمریکایی معتقدند این فناوری میتواند در آینده وابستگی جهان به معادن زمینی را کاهش دهد و منبعی پایدارتر برای تأمین مواد اولیه صنایع پیشرفته فراهم کند. ظرفیت عظیم اقیانوسها، امکان اتصال این فناوری به کارخانههای نمکزدایی موجود، استفاده مجدد از محصولات جانبی و حتی کمک به توسعه آبزیپروری، همگی نشان میدهند که استخراج مواد معدنی از آب دریا میتواند به یکی از مهمترین فناوریهای دهههای آینده تبدیل شود. در شرایطی که تقاضای جهانی برای لیتیوم، منیزیم و سایر فلزات استراتژیک هر سال افزایش مییابد، چنین فناوریهایی میتوانند نقش مهمی در تضمین امنیت زنجیره تأمین مواد معدنی و توسعه پایدار صنایع انرژی پاک و خودروهای برقی ایفا کنند.
