يُعد الليثيوم، أخف المعادن في الجدول الدوري، مادة مثالية للسيارات الكهربائية والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والتطبيقات العسكرية بفضل وزنه الخفيف وكثافته الطاقية العالية. مع ارتفاع الطلب، أصبحت إمدادات الليثيوم وموثوقيتها مصدر قلق.

لمعالجة الطلب المتزايد ومشكلات سلسلة التوريد، طور علماء مختبر Argonne National Laboratory التابع لوزارة الطاقة الأمريكية تقنية غشاء مبتكرة لاستخراج الليثيوم من الماء بكفاءة. يشغل بعض أعضاء الفريق مناصب أكاديمية في كلية Pritzker School of Molecular Engineering بجامعة شيكاغو. يقول سيث دارلينغ، كبير العلماء والتكنولوجيين في مجلس التقنيات الطاقية المتقدمة بـ Argonne، إن الغشاء الجديد يوفر بديلاً منخفض التكلفة ووفيرًا لاستخراج الليثيوم محليًا.

تأتي معظم موارد الليثيوم العالمية من مناجم الصخور الصلبة والبحيرات الملحية في دول قليلة، مما يجعل سلاسل التوريد عرضة للاضطرابات. ومع ذلك، يوجد معظم الليثيوم مذابًا في مياه البحر والمياه المالحة الجوفية، لكن استخراج الليثيوم من هذه المصادر غير التقليدية مكلف ويستهلك طاقة كبيرة وغير فعال، حيث يصعب فصل الليثيوم عن العناصر الأكثر وفرة مثل الصوديوم والمغنيسيوم.

في المياه المالحة، يوجد الليثيوم وغيره من العناصر ككاتيونات. يكمن مفتاح استخراج الليثيوم بكفاءة في تصفية الكاتيونات الأخرى بناءً على الحجم والشحنة الكهربائية. يُصنع الغشاء الجديد من الفرميكوليت (Vermiculite) المتوفر بكثرة ومنخفض التكلفة. قام الباحثون بتقشير الطين إلى طبقات رقيقة جدًا ثم إعادة تكديسها لتشكيل مرشح. ومع ذلك، تتحلل طبقات الطين غير المعالجة في الماء. لذا، أدخل الباحثون أعمدة من أكسيد الألومنيوم بين الطبقات لمنع الانهيار الهيكلي وتحييد الشحنة السطحية السلبية للغشاء.

ثم أدخل الباحثون كاتيونات الصوديوم إلى الغشاء، مما جعل شحنته السطحية إيجابية. بما أن أيونات المغنيسيوم تحمل شحنة أعلى من أيونات الليثيوم، فإن الغشاء يصد المغنيسيوم بقوة أكبر، مما يسهل التقاط الليثيوم. لتحسين الأداء، أضاف الفريق المزيد من أيونات الصوديوم لتقليل حجم مسام الغشاء، مما يسمح بمرور أيونات أصغر مثل الصوديوم والبوتاسيوم مع التقاط الليثيوم.

يقول الباحث الرئيسي، طالب الدكتوراه في جامعة شيكاغو يينينغ ليو، إن الغشاء الجديد يستخرج الليثيوم من الماء بكفاءة أكبر من خلال التصفية بناءً على حجم الأيونات والشحنة، مما يقلل الاعتماد على الموردين الأجانب ويفتح مصادر جديدة لاحتياطيات الليثيوم. يعتقد الباحثون أن هذا الاختراق قد يُطبق على إعادة تدوير مواد حيوية أخرى مثل النيكل والكوبالت والعناصر الأرضية النادرة، وكذلك إزالة الملوثات الضارة من مصادر المياه.