تشهد الطلبات على الليثيوم ارتفاعًا كبيرًا مع تصنيع السيارات الكهربائية والبطاريات الضخمة التي تجعل توربينات الرياح والألواح الشمسية مصادر طاقة موثوقة، ومع ذلك، فإن طرق إنتاج الليثيوم الحالية بطيئة وتتطلب مواد أولية عالية الجودة، تتوافر في أماكن محدودة على كوكب الأرض.
كما أن تكاليفها البيئية كبيرة، حيث يستهلك تكرير الليثيوم مساحات شاسعة من الأراضي ويلوث مصادر المياه التي تعتمد عليها المجتمعات المحلية.
قدرة عالية على انتقاء الليثيوم
طور باحثون من كلية الهندسة بجامعة كولومبيا طريقة جديدة يمكن أن تقصر وقت المعالجة بشكل كبير، وتتيح استغلال احتياطيات لم يكن بالإمكان الوصول إليها، وتقلل الأثر البيئي.
تعتمد هذه التقنية على استخدام مذيب حساس للحرارة لاستخراج الليثيوم مباشرة من المحاليل، حتى عندما تكون التركيزات منخفضة أو ملوثة بمعادن أخرى.
ونُشرت الدراسة في مجلة Joule، وأظهرت تقنية الاستخلاص الانتقائي بالمذيب القابل للتبديل (S3E) قدرة عالية على انتقاء الليثيوم: بمعدل أعلى 10 مرات مقارنة بالصوديوم، و12 مرة مقارنة بالبوتاسيوم.
كما يتم فصل المغنيسيوم، الملوث الشائع في المحاليل، من خلال خطوة ترسيب كيميائية.
حاليًا، يبدأ نحو 40% من إنتاج الليثيوم باستخدام المحاليل المالحة في الصحارى.
وتتم غالبية هذه العملية عبر التبخير الشمسي، حيث تُضخ المحاليل في برك واسعة تحت الشمس لمدة تصل إلى عامين حتى يتبخر جزء كبير من المياه.
هذه الطريقة صالحة فقط في المناطق الجافة والمسطحة ذات المساحات الشاسعة، مثل صحراء أتاكاما في تشيلي أو أجزاء من نيفادا، وتستهلك كميات كبيرة من المياه في مناطق تعاني من ندرتها.
قالت البروفيسورة نجاي يين ييب، أستاذة الهندسة البيئية في جامعة كولومبيا: «التبخير الشمسي وحده لا يمكن أن يلبي الطلب المستقبلي، هناك محاليل غنية بالليثيوم، مثل بحيرة سالتون في كاليفورنيا، حيث لا يمكن استخدام هذه الطريقة على الإطلاق».
على عكس الطرق التقليدية، لا تعتمد S3E على مواد كيميائية رابطة أو معالجة لاحقة معقدة، فالمذيب يتغير سلوكه حسب درجة الحرارة: عند درجة حرارة الغرفة، يستخلص الليثيوم والماء من المحلول، وعند التسخين يطلق الليثيوم في تيار نقي ويُعاد استخدام المذيب.
صناعة أكثر من 375 مليون بطارية سيارات كهربائية
أظهرت اختبارات المختبر باستخدام محاليل اصطناعية مشابهة لبحيرة سالتون، التي يُقدّر أنها تحتوي على ما يكفي من الليثيوم لصناعة أكثر من 375 مليون بطارية سيارات كهربائية، استعادة نحو 40% من الليثيوم خلال أربع دورات فقط باستخدام نفس دفعة المذيب، مما يشير إلى إمكانية التشغيل المستمر.
قالت ييب: «هذه طريقة جديدة للاستخلاص المباشر لليثيوم، سريعة، انتقائية، قابلة للتوسع، ويمكن تشغيلها باستخدام الحرارة المنخفضة من مصادر النفايات أو الألواح الشمسية».
ورغم أن الدراسة لا تزال مرحلة إثبات المفهوم، إلا أن تقنية S3E تقدم بديلاً واعدًا للبرك التبخيرية والتعدين التقليدي، وهما الطريقتان الرئيسيتان في سلسلة توريد الليثيوم اليوم، مع التكاليف البيئية الكبيرة المصاحبة لهما.
ومع تسارع التحول العالمي للطاقة النظيفة، يمكن لتقنيات مثل S3E أن تجعل استخراج الليثيوم أسرع وأنظف وأكثر شمولًا.
وأضافت ييب: «نتحدث كثيرًا عن الطاقة النظيفة، لكن نادراً ما نناقش مدى تلويث بعض سلاسل التوريد، إذا أردنا انتقالًا مستدامًا حقيقيًا، نحتاج إلى طرق أنظف للحصول على المواد التي نعتمد عليها. هذه خطوة في هذا الاتجاه».
