جامعة كولومبيا تطور تقنية S3E لاستخراج الليثيوم بكفاءة من المحاليل الملحية لدعم تحول الطاقة النظيفة

خلال عملية تحول الطاقة النظيفة، يشهد الطلب العالمي على الليثيوم، باعتباره عنصرًا حاسمًا، نموًا سريعًا. فهذا المعدن يشغل البطاريات القابلة لإعادة الشحن للسيارات الكهربائية بالإضافة إلى نظم تخزين الطاقة واسعة النطاق، مما يمكّن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من الاستمرار في توفير الكهرباء عندما لا تكون الشمس مشرقة أو تضعف الرياح. ومع ذلك، فإن طرق إنتاج الليثيوم الحالية غالبًا ما تكون غير فعالة وتعتمد على مواد أولية عالية الجودة في مناطق محددة.

نشر باحثون من جامعة كولومبيا مؤخرًا ورقة بحثية يقدمون فيها طريقة جديدة تسمى الاستخلاص الانتقائي بواسطة مذيب قابل للتبديل (S3E)، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من وقت استخراج الليثيوم وتقلل من التأثير البيئي. تستخدم هذه التقنية مذيبًا حساسًا لدرجة الحرارة لاستخراج الليثيوم مباشرةً من المحاليل الملحية الموجودة في الرواسب حول العالم، حتى عندما يكون تركيز الليثيوم منخفضًا أو مختلطًا مع مواد كيميائية أخرى.

أظهرت الورقة المنشورة في مجلة "Joule" أن تقنية S3E أكثر انتقائية للليثيوم بعشر مرات مقارنة بالصوديوم، و12 مرة مقارنة بالبوتاسيوم، ويمكنها إزالة الملوثات مثل المغنيسيوم بشكل فعال من خلال خطوة الترسيب الكيميائي. لا تعتمد هذه الطريقة على عوامل الربط الكيميائية التقليدية أو معالجة لاحقة مكثفة، بل تعتمد على تغيير درجة الحرارة لدفع نظام المذيب، حيث يتم استخلاص الليثيوم والماء في درجة حرارة الغرفة، ثم إطلاق الليثيوم وإعادة توليد المذيب بالتسخين.

يبدأ حوالي 40٪ من إنتاج الليثيوم العالمي من المحاليل الملحية المالحة الموجودة تحت الصحاري، باستخدام تقنية التبخير الشمسي في المقام الأول، لكن هذه الطريقة تستغرق وقتًا طويلاً وتقتصر على المناطق الجافة مثل صحراء أتاكاما في تشيلي أو ولاية نيفادا الأمريكية. يقول نغاي يين ييب، الأستاذ المساعد في هندسة الأرض والبيئة بجامعة كولومبيا: "التبخير الشمسي وحده لا يمكنه تلبية الطلب المستقبلي، كما أن المناطق الغنية بالمحاليل الملحية المحتوية على الليثيوم، مثل بحر سالتون في كاليفورنيا، لا يمكن تطبيق الطرق التقليدية عليها."

في الاختبارات المعملية، باستخدام عينات تركيبية تحاكي محلول بحر سالتون الملحي، استعاد نظام S3E ما يقرب من 40٪ من الليثيوم بعد أربع دورات، مما أظهر إمكانية التشغيل المستمر. يشير ييب: "هذه طريقة جديدة للاستخراج المباشر للليثيوم، فهي سريعة وانتقائية وقابلة للتوسع بسهولة. ويمكن أن تعمل بالحرارة منخفضة الدرجة التي توفرها مصادر الحرارة المهدرة أو مجمعات الطاقة الشمسية."

يؤكد فريق البحث أن هذا يمثل حاليًا دليلًا على صحة المفهوم، ولم يتم تحسين النظام بعد، لكن تقنية S3E لديها القدرة على أن تكون بديلاً لبرك التبخير الحالية والتعدين من الصخور الصلبة. مع تسارع تحول الطاقة النظيفة، يمكن لهذه الطريقة الأسرع والأكثر نظافة لاستخراج الليثيوم أن تحصل على الموارد من المزيد من المناطق، مما يدعم التنمية المستدامة. ويضيف ييب: "نتحدث دائمًا عن الطاقة الخضراء، لكننا نادرًا ما نتحدث عن مدى قذارة بعض سلاسل التوريد. إذا أردنا تحولًا مستدامًا حقًا، فنحن بحاجة إلى طرق أنظف للحصول على المواد التي يعتمد عليها. هذه خطوة في هذا الاتجاه."