هل تحمل أركنساس الجواب لاحتياجاتنا من الليثيوم؟

أهمية إمداد الليثيوم

Lithium has quickly become a very important commodity, largely due to the rise of EVs and renewable energy and its associated massive demand for lithium-ion batteries. The demand is expected to persist in growing exponentially until 2030, making the current 1,189,000 MT lithium carbonate equivalent (LCE) demand look small in comparison.

المصدر: Statista

في حين قد تصبح بطاريات الليثيوم أيون في يوم من الأيام تقنية قديمة إلى حد ما، من المرجح أن يظل الليثيوم جزءًا مهمًا من كيمياء البطاريات، خاصة إذا أصبحت بطاريات الليثيوم-المعدن ذات الحالة الصلبة سائدة.

أدى هذا النمو في الطلب إلى تقلب أسعار الليثيوم، حيث تخلق النقصات ارتفاعات كبيرة في الأسعار تليها انهيارات.

المصدر: Carbon Credit

كما جعل ذلك تأمين إمداد الليثيوم مسألة استراتيجية، خاصة مع اعتماد المزيد والمزيد من الصناعات على إمداد ثابت ببطاريات الليثيوم، من المرافق الكهربائية إلى صانعي السيارات.

حاليًا، تأتي معظم بطاريات العالم والليثيوم المكرر من الصين. يُستخرج المعدن نفسه أساسًا في «مثلث الليثيوم» (تشيلي، الأرجنتين، بوليفيا)، الصين، وأستراليا.

المصدر:  Progress in Natural Science

كان إنتاج الليثيوم بطيئًا إلى حد ما في أمريكا الشمالية على الرغم من وجود موارد كبيرة. وقد تبين الآن أن هذه الموارد أكبر بكثير، حيث تم اكتشاف رواسب ليثيوم هائلة في أركنساس. تم هذا الاكتشاف بواسطة باحثين من المسح الجيولوجي الأمريكي، وإدارة الطاقة والبيئة في أركنساس، ونُشر في مجلة Science Advances تحت عنوان “تقييم مورد الليثيوم في مياه تكوين Smackover في جنوب أركنساس باستخدام التعلم الآلي”.

مثلث ليثيوم جديد؟

مثلث الليثيوم هو هذه المنطقة الحدودية في أمريكا الجنوبية بين ثلاث دول تحتوي على كميات هائلة من المياه المالحة الغنية بالليثيوم، والتي يأتي منها نسبة كبيرة من الليثيوم العالمي.

يبدو أن الولايات المتحدة لديها مثلث ليثيوم خاص بها عند تقاطع أركنساس وتكساس ولويزيانا.

المصدر: Science Advances

والاكتشاف ضخم، قد يضاعف بين ليلة وضحاها الموارد المقدرة لليثيوم في الولايات المتحدة.

باستخدام هذه الخرائط المتوقعة لليثيوم مع معلمات الخزان والمعلومات الجيولوجية، حسبنا أن هناك من 5.1 إلى 19 مليون طن من الليثيوم في مياه تكوين Smackover في جنوب أركنساس، وهو ما يمثل 35 إلى 136٪ من تقدير الموارد الحالية لليثيوم في الولايات المتحدة.

كيف تم اكتشافه؟

كان من المعروف مسبقًا أن رواسب النفط والغاز في المنطقة غنية أيضًا بالمياه المالحة التي تحتوي على البروميد والليثيوم. ومع ذلك، كانت التحليلات السابقة لا تستطيع إلا إعطاء مؤشر لمحتوى الليثيوم في موقع عينة المياه المالحة، مع نطاق واسع من النتائج، من 0.08 إلى 1700 ملغ/لتر.

لذلك استخدم الباحثون تحليلًا بالذكاء الاصطناعي لجمع جميع القياسات المعروفة والبيانات الجيولوجية للمنطقة. وبما أن المنطقة تم استكشافها على نطاق واسع لإنتاج النفط والغاز، فإن هيكلها تحت الأرض موثق جيدًا.

في هذه الدراسة، نستخدم بيانات تركيز الليثيوم في المياه المالحة المنشورة والجديدة لتدريب نموذج تعلم آلي وإنشاء خريطة مستمرة مكانيًا لليثيوم المتوقع في مياه تكوين Smackover عبر جنوب أركنساس باستخدام المتغيرات الجيولوجية والكيميائية الحرارية كمتغيرات توضيحية.

أظهر هذا التحليل أن موقعًا واحدًا، وهو تكوين Smackover، كان أكثر وعدًا من غيره.

المصدر: Science Advances

التنبؤ بمحتوى الليثيوم

تمكن التحليل المدفوع بالذكاء الاصطناعي من تحديد أهم العوامل التنبؤية التي تؤدي إلى وجود الليثيوم أو عدمه:

• تركيزات كبريتيد الهيدروجين (H2S) المذابة.
• عمق عينة المياه المالحة
• ارتفاع قمة تكوين Smackover
• سمك تكوين Smackover

المصدر: Science Advances

اعتمادًا على أدنى وأعلى تقدير لحجم المياه المالحة وتركيز الليثيوم، قد يكون إجمالي الكمية المتاحة في تكوين Smackover:

• 1 مليون طن (ليثيوم منخفض، حجم منخفض).
• 11 مليون طن (ليثيوم متوسط، حجم متوسط).
• 11 مليون طن (ليثيوم عالي، حجم عالي).

المصدر: Science Advances

الليثيوم كمنتج فرعي

تم استخراج بعض هذه المياه المالحة إلى السطح بالفعل، نتيجة لاستغلالها لإنتاج البروم أو كمنتج فرعي لإنتاج النفط والغاز.

إجمالًا، تم استخراج حوالي 5000 طن، أي أقل من 0.1٪ من مورد الليثيوم المتاح في تكوين Smackover، إلى السطح ضمن المياه المالحة كنفايات من صناعات النفط والغاز والبروم.

يمثل ذلك نسبة صغيرة من إجمالي المورد المتاح لكنه كان لا يزال كافيًا لتغطية استهلاك الليثيوم في الولايات المتحدة لعام 2022، مما يوضح إمكانات هذا المورد.

وتسعى “النفط الكبير” إلى الاستفادة من خبرتها في الحفر في المنطقة، مع خطط إكسون لحفر “بئر ليثيوم”.

الاستخراج المباشر لليثيوم (DLE)

تقنية استخراج ليثيوم ثالثة جديدة

حاليًا، يتم إنتاج الليثيوم في الغالب باستخدام طريقتين مختلفتين.

الأولى هي سحق الصخر الغني بالليثيوم، مثل السبودومين، وهو النوع الذي تنتجه أستراليا.

الثانية هي تبخير المياه المالحة باستخدام الطاقة الشمسية في برك تبخير واسعة. هذه طريقة فعّالة من حيث التكلفة، لكنها تستهلك الكثير من الماء، وتستخرج فقط 50٪ من الليثيوم المتاح، وتسبب تلوثًا كبيرًا.

يتم الآن تطوير طريقة ثالثة: الاستخراج المباشر لليثيوم.

الأغشية الانتقائية

تعتمد طرق تركيز الليثيوم المستخدمة عادةً على التبخير و/أو تركيز المعادن. بدلاً من ذلك، يستهدف الاستخراج المباشر ذرات الليثيوم من خلال عملية استخراج انتقائية. يمكن تحقيق ذلك من خلال عدة طرق مختلفة:

• DLE القائم على الامتصاص، حيث يتم امتصاص الليثيوم ماديًا بواسطة مادة مخصصة.
• DLE القائم على تبادل الأيونات، حيث يتم تبادل الليثيوم مع الكاتيونات (الأيونات الموجبة).
• DLE القائم على استخراج المذيب، حيث يمتص مذيب سائل عضوي الليثيوم ويذوبه بعيدًا عن المياه المالحة.

المصدر: Lithium Harvest

قد تكون مياه حقول النفط مصدرًا مهمًا لليثيوم لأن هذه المياه المالحة تتواجد عالميًا، وتُعتبر عادةً نفايات من صناعات النفط والغاز والمياه المالحة،—وبحسب جدوى تقنيات الاستخراج المباشر لليثيوم—لن تتطلب مساحة كبيرة مماثلة للعمليات التبخرية المستخدمة لتركيز مياه الأحواض.

“تقييم مورد الليثيوم في مياه تكوين Smackover في جنوب أركنساس باستخدام التعلم الآلي”.

الترشيح النانوي لليثيوم

قد يكون باحثون في جامعة موناش (أستراليا) قد اكتشفوا طريقة جديدة للاستخراج المباشر، نُشرت في مجلة Nature Sustainability تحت عنوان “استخراج ليثيوم مستدام وإنتاج هيدروكسيد المغنيسيوم المشترك من مياه البحيرات المالحة“.

استخدموا الترشيح النانوي المريح بمساعدة EDTA (EALNF) لاستخراج الليثيوم. تستطيع هذه الطريقة استخراج كل من الليثيوم والمغنيسيوم في الوقت نفسه، مما يحسن الكفاءة العامة للعملية. سابقًا، كان يُعامل المغنيسيوم كنفاية في استخراج الليثيوم.

تحقق العملية رفضًا فائقًا لأيون Mg2+ (99.85٪)، وتدفقًا فائق السرعة لأيون Li+، وعامل فصل غير مسبوق بين Li+/Mg2+ تحت ظروف صناعية.

غالبًا ما يكون المغنيسيوم موجودًا في المياه المالحة ويمكن أن يسبب مشاكل في استخراج الليثيوم الانتقائي. وقد أدى ذلك في كثير من الأحيان إلى تجاهل هذه الموارد لصالح المياه المالحة “الأكثر سهولة”.

“تقنيتنا تحقق استرداد ليثيوم بنسبة 90٪، أي ما يقرب من ضعف أداء الطرق التقليدية، مع تقليل الوقت المطلوب للاستخراج من سنوات إلى أسابيع قليلة فقط.”

كما أنها تستهلك ماءً أقل مقارنةً بالانتظار لتبخر المياه المالحة في برك صناعية. في الواقع، تنتج ماءً عذبًا كمنتج فرعي، بدلاً من استهلاكه. مع وجود الكثير من موارد الليثيوم في مناطق قليلة المياه، قد يحدث ذلك فرقًا.

الاستثمار في الليثيوم و تكنولوجيا البطاريات

لقد غيرت بطاريات الليثيوم أيون العالم عدة مرات بالفعل، من تمكين الناس من حمل الإلكترونيات المتقدمة في كل مكان إلى تشغيل السيارات بالكهرباء فقط.

قد تواصل ذلك مرة أخرى، أو قد تقوم أنواع أخرى من البطاريات بذلك، من خلال تمكين شبكة طاقة متجددة بنسبة 100٪ أو تمكين كهربائية الطائرات عند الوصول إلى كثافة طاقة كافية.

يمكنك الاستثمار في الشركات المتعلقة بالبطاريات عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من الدول الأخرى.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات بطاريات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق المؤشرات المتداولة (ETF) البيوتكنولوجية مثل Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)، وصندوق Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT)، أو WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) ، والتي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من نمو صناعة الليثيوم والبطاريات.

أو يمكنك الاطلاع على “أفضل 10 أسهم للمعادن البطارية وأسهم التعدين في الطاقة المتجددة“.

شركة الاستخراج المباشر لليثيوم

ريو تينتو هي عملاق في صناعة التعدين (الثاني عالميًا)، وتتمتع بحضور قوي في تعدين الحديد، بالإضافة إلى النحاس، الألمنيوم، الذهب، اليورانيوم، وغيرها.

ريو تينتو تتوسع بسرعة، لا سيما مع مشروع منجم الحديد الضخم سيماندو في غينيا ومنجم النحاس أوي تولغوي، أكبر مشروع في تاريخ منغوليا.

من المتوقع أن توفر ريو تينتو 25٪ من حجم النمو في إمدادات النحاس العالمية خلال السنوات الخمس القادمة.

مؤخرًا قامت بدخول كبير إلى قطاع تعدين الليثيوم، من خلال الاستحواذ على عملاق الليثيوم Arcadium Lithium ، الذي هو نتيجة دمج في عام 2023 بين منتجي الليثيوم الكبار Allkem وLivent، مما يجعله ثالث أكبر منتج لليثيوم في العالم.

المصدر: Arcadium

أدى الدمج إلى إنشاء شركة تغطي جميع خطوات إنتاج ومعالجة الليثيوم. لدى Arcadium خطط توسعة لزيادة القدرة بأكثر من الضعف بحلول نهاية عام 2028.

ابتكارات Arcadium

DLE

فيما يتعلق بهذا الاستحواذ، ما وُصف بأنه “الجائزة الحقيقية لريو تينتو” هو تقنية الاستخراج المباشر لليثيوم (DLE) الخاصة بـ Arcadium. تعمل Arcadium فعليًا على DLE منذ عام 1996، بالتزامن مع برك التبخير، وقد أحرزت مؤخرًا تقدمًا كبيرًا في جعلها قابلة للتطبيق تجاريًا كطريقة استخراج مستقلة.

ومن الجدير بالذكر أن Livent استحوذت على تقنيات ILiAD في عام 2023.

“منصة تقنية ILiAD تجمع بين مادة امتصاص انتقائية للليثيوم فائقة مع معالجة سرير متقابل مستمر”
“Livent هي الرائدة عالميًا وأكبر مستخدم لعمليات الإنتاج القائمة على DLE، ونحن متحمسون لأنهم أدركوا المزايا التي تجلبها ILiAD لمستقبل DLE.”

يبدو أن الخبرة الطويلة لـ Arcadium في DLE، و”نطاق واسع من المياه المالحة الغنية بالليثيوم تحت ظروف متنوعة” لـ ILiAD كانت سببًا رئيسيًا في قرار ريو تينتو بالاستحواذ على Arcadium، إلى جانب تقييمها المنخفض بسبب الطبيعة الدورية لأسواق الليثيوم.

رقائق الليثيوم

قامت Arcadium أيضًا بتطوير LIOVIX، وهو شكل من أشكال رقائق الليثيوم القابلة للطباعة التي يمكن استخدامها لتعزيز أداء البطاريات، وتقليل تكاليف التصنيع، وتقليل استهلاك الليثيوم.

المصدر: Arcadium

الملف الأخضر لريو تينتو

وضع استحواذ Arcadium ريو تينتو بقوة في معسكر مبتكري صناعة التعدين بعد ابتكاره في استخراج النحاس من خلال مشروعه Nuton. تتيح تقنية Nuton الجديدة معدلًا أعلى بكثير لاستخلاص النحاس من الخامات المستخرجة.

إنتاج الألمنيوم لدى ريو تينتو منخفض الكربون، بفضل استخدام الطاقة الكهرومائية في تكرير البوكسيت إلى ألومينا ثم إلى الألمنيوم.

كما استثمرت ريو تينتو في مشاريع ليثيوم أخرى، مؤخرًا استحواذها على مشروع ريكون في الأرجنتين ومشروع جدار للليثيوم المثير للجدل في صربيا (قد يكون أكبر مشروع لليثيوم في أوروبا).

نظرًا لاستحواذاتها الأخيرة ومشاريعها الجديدة، يجب أن يُنظر إلى ريو تينتو بشكل متزايد كمنجم للحديد في الأساس، مع ملف أخضر متزايد ونمو قوي في جميع المعادن المطلوبة للتحول الطاقي، خاصةً النحاس، الألمنيوم منخفض الكربون، والليثيوم.

مرجع الدراسة:

^{1. Knierim, K. J., et al. (2024). Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning. Science Advances, 10, Article adp8149. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8149}