الاستدامة
استغلال البرك الجوفية لتلبية احتياجاتنا من الليثيوم
الصيد المتزايد للليثيوم
مع ارتفاع عدد السيارات الكهربائية، انفجر الطلب على بطاريات الليثيوم-أيون، وكذلك الحاجة إلى موارد الليثيوم. من المتوقع أن يستمر هذا الطلب في النمو بشكل أسي، مع بقاء حدة هذا المنحنى محل تساؤل، اعتمادًا على سرعة تبني السيارات الكهربائية.
المصدر: Statista
لقد تسبب ذلك في مشاكل، حيث إن استخراج الليثيوم صعب. في الماضي، أدى ذلك إلى تقلبات سعرية شديدة، مما جعل تكاليف المدخلات تتذبذب بقوة بالنسبة لمصنعي البطاريات والسيارات الكهربائية.
المصدر: Carbon Credit
حاليًا، يُنتج الليثيوم في الغالب من الصخور الصلبة أو من مياه المِلْح (البرك المالحة)، وكلاهما يتطلب الكثير من الطاقة أو استهلاك المياه.
بديلًا لذلك قد يكون إنتاج الليثيوم من البرك الجوفية الحرارية، وهي المياه الموجودة في الرواسب تحت الأرض. ومع ذلك، كان ذلك صعبًا من الناحية التقنية.
قد يكون ذلك قد تغير بفضل عمل الباحثين في جامعة رايس، الذين نشروا نتائجهم في المجلة المرموقة PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) تحت عنوان “مفاعل كهروميكانيكي ثلاثي الغرف لاستخلاص الليثيوم بشكل انتقائي من المِلْح1”.
من أين يأتي الليثيوم؟
يشكل الليثيوم فقط 0.002٪ من قشرة الأرض ونادراً ما يُعثر عليه في رواسب مركزة تكون قابلة للتجاري.
حاليًا، تأتي معظم بطاريات العالم والليثيوم المكرر من الصين. يُستخرج المعدن أساسًا في “مثلث الليثيوم” (تشيلي، الأرجنتين، بوليفيا)، الصين، وأستراليا.
المصدر: Progress in Natural Science
أدى ذلك إلى سعي دول أخرى للبحث عن مصادر بديلة، حيث تُعد البرك الجوفية (المياه المالحة) مرشحًا جيدًا. على سبيل المثال، تم اكتشاف مؤخرًا أن أركنساس قد تحتوي على موارد ليثيوم أكثر في المِلْح الموجود بجوار رواسب النفط والغاز مقارنة بجميع الاحتياطيات المعروفة سابقًا للليثيوم في الولايات المتحدة.
غالبًا ما تحتوي هذه البرك على تركيز مرتفع نسبيًا من الليثيوم. المشكلة هي كيفية استخراج الليثيوم من هذه البرك، حيث أنها عادةً ما تحتوي على مزيج معقد من معادن أخرى أيضًا.
نظرًا لأن هذه البرك مركزة للغاية، يُنظر في استخراج الليثيوم المباشر (DLE) كبديل للمجمع الضخم للتبخر المستخدم حتى الآن.
المصدر: Euronews
استخراج الليثيوم المباشر
يستهدف الاستخلاص المباشر ذرات الليثيوم من خلال عملية استخراج انتقائية. يمكن تحقيق ذلك من خلال عدة طرق مختلفة:
- استخراج DLE القائم على الامتصاص، حيث يتم امتصاص الليثيوم فعليًا بواسطة مادة مخصصة.
- استخراج DLE القائم على تبادل الأيونات، حيث يتم تبادل الليثيوم مع الكاتيونات (الأيونات الموجبة).
- استخراج DLE القائم على استخراج المذيب، حيث يمتص مذيب سائل عضوي ويذيب الليثيوم بعيدًا عن المِلْح.
المصدر: Lithium Harvest
استخراج الليثيوم الكهروكيميائي
خيار آخر لم يُستكشف كثيرًا هو استخراج الليثيوم الكهروكيميائي. الفكرة هي استخدام تيار كهربائي قوي لفصل الليثيوم عن المعادن الأخرى في المِلْح.
كما ذكرنا، تحتوي هذه البرك على العديد من المعادن الأخرى ذات الأحجام والشحنات الأيونية المتشابهة بما في ذلك المغنيسيوم، الكالسيوم، الصوديوم، والبوتاسيوم. يجعل ذلك أي طريقة تعتمد فقط على خصائص الأيونات صعبة، حيث يلزم تكرار العملية عدة مرات لاختيار الليثيوم فقط.
قد يكون البديل هو استخدام التيار الكهربائي بدلاً من ذلك، لكن البرك غالبًا ما تحتوي على الكثير من أيونات الكلوريد التي يمكن أن تتحول إلى غاز كلور سام للغاية أثناء عمليات الاستخلاص الكهروكيميائية التقليدية لعزل الليثيوم.
غاز الكلور، المعروف أيضًا بالهالوجين، استُخدم بشكل ملحوظ كغاز قتالي خلال الحرب العالمية الأولى. ومع ذلك، فإن مشكلة إنتاجه أثناء استخراج الليثيوم الكهروكيميائي قد منعت هذه التقنية حتى الآن من الاستخدام التجاري.
استخدام تقنية البطاريات لاستخراج الليثيوم
على نحو متناقض، قد تساعد الابتكارات في تقنية البطاريات على حل مشكلة استخراج الليثيوم لتلك البطاريات نفسها. استخدم باحثو جامعة رايس غشاءً زجاجيًا خزفيًا موصلًا لأيونات الليثيوم (LICGC) تم تطويره حديثًا، وهي تقنية تُستخدم غالبًا في البطاريات ولكن لم تُطبق من قبل على معالجة الليثيوم. يُعد LICGC مادة إلكتروليت صلبة تُعد مرشحًا جيدًا لبناء بطاريات الحالة الصلبة.
الغشاء فعال جدًا في السماح انتقائيًا بمرور أيونات الليثيوم فقط مع حجز أيونات المواد الكيميائية الأخرى.
مفاعل كهروميكانيكي ثلاثي الغرف
تصمم المفاعلات الكهروكيميائية التقليدية لاستخلاص الليثيوم حول غرفتين: تحتوي الأولى على المِلْح المستهدف، وتحتوي الثانية على الليثيوم المستخرج.
من خلال إضافة غشاء LICGC في الوسط، أنشأ الباحثون غرفة ثالثة وسيطة، حيث يمكن لليثيوم فقط أن يمر عبر LICGC.
“لقد عانى مجالنا طويلاً من عدم الكفاءة والآثار البيئية لاستخلاص الليثيوم. هذا المفاعل هو شهادة على قوة الجمع بين العلم الأساسي والابتكار الهندسي لحل المشكلات الواقعية.”
هاوتيان وانغ، أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية بجامعة رايس.
خلال الاختبارات التي أجراها الباحثون، وصلت نسبة نقاء الليثيوم إلى 97.5٪. وفي الوقت نفسه، كانت تركيزات Na+ وK+ وMg2+ وCa2+ منخفضة جدًا لدرجة أنها كانت دون حد الكشف لأجهزة الباحثين.
الأهم من ذلك، أنه فعال بشكل خاص في إبعاد أيونات الكلوريد، مما يقلل بشكل كبير من إنتاج غاز الكلور. بدلاً من استهلاك الكثير من الطاقة وإنتاج غازات ضارة، تفاعل 6.4٪ فقط من إجمالي الطاقة مع أيونات الكلور في التصميم الجديد.
مع ذلك، لا تزال هناك بعض المشكلات التي تحتاج إلى إصلاح
أثناء اختبارهم، لاحظ الباحثون تراكم أيونات الصوديوم على غشاء LICGC. إذا تُرك هذا التراكم دون معالجة، قد يؤثر على كفاءة المفاعل مع مرور الوقت. لذا حتى يتم حل هذه المشكلة، لن يكون المفاعل الكهروكيميائي ثلاثي الغرف جاهزًا للنشر على نطاق تجاري.
إحدى الاحتمالات التي تم النظر فيها لحل المشكلة هي معالجة المِلْح مسبقًا لتقليل محتوى الصوديوم.
خيار آخر هو العثور على طلاءات غشاء متخصصة لمنع أيونات الصوديوم من الالتصاق في المقام الأول.
الاستثمار في الليثيوم وتقنية البطاريات
لقد غيرت بطاريات الليثيوم-أيون العالم عدة مرات، من تمكين الناس من حمل الإلكترونيات المتقدمة في كل مكان إلى تشغيل السيارات بالكهرباء فقط.
قد تستمر في ذلك مرة أخرى، أو قد تُستَخدم أنواع أخرى من البطاريات، من خلال تمكين شبكة طاقة متجددة بنسبة 100٪ أو تمكين كهرباء الطائرات عند الوصول إلى كثافة طاقة كافية.
يمكنك الاستثمار في شركات متعلقة 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 ليثيوم أو بطاريات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق الاستثمار المتداولة في مجال التكنولوجيا الحيوية مثل Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)، وصندوق Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT)، أو WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF، والتي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من نمو صناعة الليثيوم والبطاريات.
أو يمكنك الاطلاع على “أفضل 10 أسهم للمعادن البطارية وأسهم تعدين الطاقة المتجددة”.
شركة استخراج الليثيوم المباشر
Rin Tinto
(RIO )
ريو تينتو هي عملاق في صناعة التعدين (الثاني عالميًا)، تتمتع 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 في قطاع تعدين الليثيوم، من خلال الاستحواذ على عملاق الليثيوم Arcadium Lithium، الذي هو نتيجة اندماج في عام 2023 بين منتجي الليثيوم الكبار Allkem وLivent، مما يجعله ثالث أكبر منتج لليثيوم في العالم.
المصدر: Arcadium
أدى الاندماج إلى إنشاء شركة تغطي جميع خطوات إنتاج ومعالجة الليثيوم. لدى Arcadium خطط توسع 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 استخراج الليثيوم المباشر (DLE) الخاصة بـ Arcadium. Arcadium تعمل فعليًا على تقنية DLE منذ عام 1996، بالتعاون مع أحواض التبخر, وقد أحرزت مؤخرًا تقدمًا كبيرًا في جعلها قابلة للتطبيق تجاريًا كطريقة استخراج مستقلة.
لا سيما أن استحوذت Livent على تقنيات ILiAD في عام 2023.
“منصة تقنية ILiAD تجمع بين مادة امتصاص انتقائية للليثيوم ذات جودة عالية ومعالجة مستمرة للسرير المتقابل الاتجاه”
“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 تقنية DLE، و“النطاق الواسع من البرك الغنية بالليثيوم تحت ظروف متنوعة” لـ ILiAD، كانا سببًا رئيسيًا في قرار ريو تينتو بالاستحواذ على Arcadium، إلى جانب تقييمها المنخفض بسبب الطبيعة الدورية لأسواق الليثيوم.
بينما على المدى الطويل قد يحل استخراج الليثيوم الكهروكيميائي محل الطرق القائمة على المواد الماصة، من المحتمل أيضًا أن خبرة DLE الموسعة ستحقق عائدًا إذا أصبحت الطريقة الرئيسية لاستخراج الليثيوم في المستقبل.
رقائق الليثيوم
قامت Arcadium أيضًا بتطوير LIOVIX، وهو شكل من أشكال رقاقة الليثيوم القابلة للطباعة التي يمكن استخدامها لتعزيز أداء البطاريات، خفض تكاليف التصنيع، وتقليل استهلاك الليثيوم.
المصدر: Arcadium
الملف الأخضر لريو تينتو
وضع استحواذ Arcadium ريو تينتو بثبات في معسكر مبتكري صناعة التعدين بعد ابتكاره في استخراج النحاس عبر مشروعه نوتون. تسمح تقنية نوتون الجديدة بمعدل أعلى بكثير لاستعادة النحاس من الخامات المستخرجة.
إنتاج الألمنيوم لدى ريو تينتو منخفض الكربون، بفضل استخدام الطاقة المائية في تكرير البوكسيت إلى ألومينا ثم إلى الألمنيوم.
ريو تينتو استثمرت أيضًا في مشاريع ليثيوم أخرى، مؤخرًا استحوذت على مشروع ريكون في الأرجنتين ومشروع جدار المثير للجدل للليثيوم في صربيا (قد يكون أكبر مشروع لليثيوم في أوروبا).
نظرًا لاستحواذاته الأخيرة ومشاريعه الجديدة، يجب أن يُنظر إلى ريو تينتو بشكل متزايد كمنتج للحديد في الأساس، مع ملف أخضر متزايد ونمو قوي في جميع المعادن المطلوبة للتحول الطاقي، خاصةً النحاس، الألمنيوم منخفض الكربون، والليثيوم.
مرجع الدراسة:
1. Feng, Y., Park, Y., Hao, S., Fang, Z., Terlier, T., Zhang, X., Qiu, C., Zhang, S., Chen, F., Zhu, P., Nguyen, Q., Wang, H., & Biswal, S. L. (2024). مفاعل كهروميكانيكي ثلاثي الغرف لاستخلاص الليثيوم بشكل انتقائي من المِلْح. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121
