कृत्रिम कुमुदिनी पत्तियों के साथ लिथियम और खनिज निष्कर्षण दक्षता को बढ़ाना

खनिजों के लिए खनन का एक विकल्प

जब दुनिया के उद्योगों को पोषित करने वाले प्रमुख खनिजों का उत्पादन करने की बात आती है, तो वास्तव में केवल 3 संभावित स्रोत होते हैं: चट्टानों का खनन, रीसाइक्लिंग, और घुले हुए खनिजों की शुद्धिकरण। लोहे और एल्यूमीनियम जैसे पदार्थों के लिए, पारंपरिक खनन मुख्य आपूर्तिकर्ता होते हैं, जबकि रीसाइक्लिंग भी योगदान देता है।

हालाँकि, लिथियम जैसे पदार्थों के लिए, मुख्य स्रोतों में से एक है ब्राइन, खनिज‑समृद्ध जल जो उनमें मौजूद खनिजों को इकट्ठा करने के लिए वाष्पीकृत किया जाना चाहिए। इसी प्रकार की विधि अक्सर दो सबसे महत्वपूर्ण उर्वरकों: नाइट्रेट और पोटाश के उत्पादन में उपयोग की जाती है।

इस विधि के लिए विशाल वाष्पीकरण तालाबों की आवश्यकता होती है जो हजारों एकड़ में फैले होते हैं, जिससे स्थानीय पारिस्थितिक तंत्र पर भारी पर्यावरणीय लागत आती है।

स्रोत: SQM

अब तक, यह केवल सूर्य की किरणों पर निर्भर होकर तालाबों को गर्म करने और पानी को वाष्पीकृत करने से हासिल किया गया है। यह प्रक्रिया बहुत ही अक्षम है, इसलिए बड़े सतहों की आवश्यकता होती है।

यह शायद बदल रहा है, एक नई सामग्री के कारण जो वाष्पीकरण को तेज़ कर सकती है, जिसे प्रिंसटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने लिथियम उत्पादन दिग्गज Sociedad Química y Minera de Chile के सहयोग से विकसित किया है (SQM )।

उन्होंने अपना आविष्कार Nature Water¹ में प्रकाशित किया, शीर्षक “इंटरफ़ेसियल सौर वाष्पीकरण सतत ब्राइन खनन के लिए” के तहत।

लिथियम का बड़े पैमाने पर उत्पादन

(इतना-स्थायी नहीं) हरी ऊर्जा

जब चट्टानों (स्पोड्युमेन जमा) से निकाला नहीं जाता, तो लिथियम मुख्यतः खनिज‑समृद्ध ब्राइन में पाया जाता है, जो अन्य लवणों और घुले हुए खनिजों के साथ मिश्रित होता है। ब्राइन मुख्यतः भूमिगत जल से निकाला जाता है या ताज़े पानी से खनिज‑समृद्ध जमा से लिथियम को लीच करके बनाया जाता है।

वर्तमान में, दुनिया भर में लिथियम निकालने के लिए दशकों हज़ार हेक्टेयर सौर तालाब उपयोग में हैं, जिसमें चिली के पास 6,000 हेक्टेयर (14,800 एकड़) हैं।

यह विधि इन क्षेत्रों की जल आपूर्ति पर अत्यधिक दबाव डाल रही है। स्थिति और बिगड़ती है क्योंकि लिथियम‑समृद्ध क्षेत्रों में आमतौर पर रेगिस्तान होते हैं, इसलिए लिथियम आर्थिक रूप से व्यवहार्य जमा में ही केंद्रित होता है। इसलिए, उपलब्ध सीमित जल पूरी तरह लिथियम उद्योग की ओर मोड़ा जा सकता है, जिससे स्थानीय पारिस्थितिक तंत्र और समुदाय जोखिम में पड़ते हैं।

ऊर्जा खपत

ये वाष्पीकरण तालाब “नि:शुल्क” सौर ऊर्जा को उपयोग करने की विधि हैं। यह विद्युत का उपयोग करने वाले विकल्पों, जैसे यांत्रिक वाष्प संपीड़न या अल्ट्रा‑हाई‑प्रेशर रिवर्स ऑस्मोसिस, से श्रेष्ठ विकल्प है।

हालाँकि संभवतः अधिक पर्यावरणीय, ये विद्युत‑आधारित विधियाँ बड़े पैमाने पर लागू करना असंभव होगा। उदाहरण के लिए, केवल चिली के वाष्पीकरण तालाब 65 TWh सौर ऊर्जा का उपयोग कर रहे हैं, जो चिली के कुल वार्षिक उत्पादन (~90 TWh प्रति वर्ष) के 70% से अधिक है।

एक महत्वपूर्ण समस्या यह है कि, यद्यपि यह सस्ता है, वाष्पीकरण तालाब विधि बहुत अक्षम है। सौर ऊर्जा का आधे से कम भाग ही थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित होता है, जो वाष्पीकरण में योगदान देता है।

यहीं पर प्रिंसटन के शोधकर्ताओं का आविष्कार काम आता है।

उर्वरक

केवल लिथियम ही नहीं, बल्कि उर्वरकों को भी वाष्पीकरण तालाबों के माध्यम से उत्पादित किया जा सकता है। उल्लेखनीय रूप से, SQM प्रति वर्ष 1.5 मिलियन टन नाइट्रेट लवण कैलिचे अयस्क और सालार ब्राइन से उत्पन्न करता है।

स्रोत: SQM

यह एक जटिल रासायनिक मिश्रण का हिस्सा है जिसे SQM ब्राइन से निकालता है, जिसमें लिथियम क्लोराइड, पोटैशियम क्लोराइड, मैग्नीशियम क्लोराइड, बोरिक एसिड, और पोटैशियम सल्फेट शामिल हैं। पोटैशियम को फिर मिलाकर पोटैशियम नाइट्रेट बनाया जाता है।

सीधे खनन या प्राकृतिक गैस (हैबर‑बॉश प्रक्रिया) का उपयोग करके नाइट्रोजन‑आधारित उर्वरकों के संश्लेषण की तुलना में यह उर्वरक का महत्वपूर्ण स्रोत नहीं है, फिर भी यह एक और पर्यावरणीय प्रभाव वाला उत्पादन प्रक्रिया है जिसे अधिक कुशल वाष्पीकरण तालाबों द्वारा सुधारा जा सकता है।

वाष्पीकरण का अनुकूलन

पिछली खोजें

वाष्पीकरण तालाब दक्षता को बढ़ाने पर नवीनतम अनुसंधान एवं विकास कार्य उसी शोधकर्ताओं और इस क्षेत्र के अन्य लोगों के पिछले कार्यों पर आधारित है। उन्होंने इंटरफ़ेसियल सौर वाष्पीकरण (ISE) नामक घटना पर काम किया था।

ISE की मुख्य अवधारणा यह है कि अत्यधिक प्रकाश‑अवशोषित सामग्री का उपयोग करके लगभग 100% सौर विकिरण को पकड़ना और साथ ही नमकीन, खनिज‑समृद्ध पानी को अवशोषित करना।

स्रोत: ResearchGate

अतिरिक्त प्रगति भी की गई है ताकि नमक का संचय और क्रिस्टलीकरण से बचा जा सके, जो समय के साथ दक्षता को घटा देगा, विशेष रूप से नमक बैकफ़्लो संवर्द्धन, जेनस संरचनात्मक डिज़ाइन, और दिशात्मक क्रिस्टलीकरण।

एक सार्वजनिक-निजी साझेदारी

यह कार्य विश्वविद्यालय के START Innovators कार्यक्रम के हिस्से के रूप में किया गया था। यह कार्यक्रम, शैक्षणिक फैलोशिप और स्टार्टअप एक्सेलेरेटर का संयोजन, शोधकर्ताओं को अपनी तकनीक विकसित करने, व्यापार योजना बनाने और प्रारंभिक चरण के उद्यमों को स्थापित करने में सक्षम बनाता है।

“हमारे संकाय और शोधकर्ताओं के लिए एक ऐसा पारिस्थितिक तंत्र विकसित करने में मदद करना जिसमें वे अपनी तकनीकों को व्यावसायिक क्षेत्र में प्रभावी रूप से अनुवादित कर सकें, नवाचार कार्यालय का मुख्य कार्य है।”Craig Arnold – Vice Dean for Innovation and University Innovation Officer. 

यह दृष्टिकोण लैब विचारों को औद्योगिक स्तर पर स्थानांतरित करने की गति बढ़ाने और शैक्षणिक शोधकर्ताओं की तकनीकी क्षमताओं को व्यावहारिक अनुप्रयोगों में बेहतर रूप से अनुवादित करने का लक्ष्य रखता है।

“हम प्रोफेसर रेन और उनकी टीम जैसे शोधकर्ताओं के साथ जो कर सकते हैं, वह है उनके विचारों को पुनः दिशा देना। हमारा लक्ष्य प्रतिभागियों के दृष्टिकोण को मूल रूप से बदलना है, ताकि वे हमारे कार्यक्रम से प्रवेश करने के समय की तुलना में पूरी तरह अलग दृष्टिकोण के साथ बाहर निकलें।

हम उनसे जटिल प्रश्न पूछते हैं जो संभवतः एक शोधकर्ता की पारंपरिक सीमा से बाहर हो सकते हैं, लेकिन शैक्षणिक नवाचारों को सफल परिणामों में अनुवादित करने के लिए आवश्यक हैं।

Nena Golubovic – विज्ञान और अभियांत्रिकी में डिज़ाइन फॉर इम्पैक्ट कार्यक्रम के निदेशक

ऐसा लगता है कि यह सफल रहा, क्योंकि तकनीक “बच्चों के तैराकी पूलों में छोटे प्रोटोटाइप” से लेकर दक्षिण अमेरिका में खनिज उत्पादन सुविधाओं में व्यावसायीकरण‑तैयार उत्पादों के परीक्षण तक दो वर्षों से कम समय में पहुंच गई।

“प्रिंसटन ने वह आधार, पारिस्थितिक तंत्र और संसाधन प्रदान किए जिन्होंने हमें छोटे व्यवसाय के रूप में सफल होने के लिए आवश्यक कौशल और ज्ञान सिखाया।”Sean Zheng – Princeton Critical Minerals’ मुख्य कार्यकारी अधिकारी (पूर्व में PureLi)

दक्षता बढ़ाना

जबकि पिछले प्रोटोटाइप ने जल‑वाहक सामग्री के रूप में लकड़ी का उपयोग किया था, शोधकर्ताओं ने मोड़े हुए सेलुलोज़ फाइबर क्रिस्टलाइज़र का आविष्कार किया। यह न केवल तेज़ जल वाष्पीकरण को सक्षम बनाता है बल्कि चयनात्मक लिथियम पुनर्प्राप्ति के लिए स्थानिक रूप से अलग क्रिस्टलीकरण भी प्रदान करता है।

उन्होंने हमारे कार्बन‑आधारित सामग्री के लिए स्वामित्व वाले कोटिंग्स का उपयोग किया, जिससे तेज़ वाष्पीकरण, खनिज पृथक्करण, और एंटी‑फाउलिंग गुण संभव हुए।

स्टार्टअप Princeton Critical Minerals ने अपना पहला प्रोटोटाइप SQM के स्वामित्व वाले वास्तविक लिथियम वाष्पीकरण तालाब में परीक्षण किया, जो पानी की सतह पर तैरते कुमुदिनी पत्ते के आकार का था।

स्रोत: ResearchGate

जब थर्मल कैमरे से देखा गया, तो स्पष्ट था कि जल सतह बहुत अधिक गर्म है, विशेष रूप से कृत्रिम कुमुदिनी पत्ते के एक विशेष क्षेत्र में हॉटस्पॉट्स हैं। इस डिजाइन ने सौर ऊर्जा के 96% को थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करने की क्षमता सिद्ध की, जबकि खुले तालाबों की दक्षता 50% है।

स्रोत: ResearchGate

इससे कुल मिलाकर वाष्पीकरण दर में क्रांतिकारी सुधार हुआ, जो औसतन दोगुनी हो गई (ब्राइन सांद्रता के अनुसार 40–122% वृद्धि)। इसने तालाब के नीचे जल हानि को भी काफी कम किया, क्योंकि प्रक्रिया बहुत तेज़ हुई।

स्रोत: ResearchGate

आगे का अनुसंधान

थर्मल कैमरा डेटा ने सिद्ध किया कि कृत्रिम कुमुदिनी पत्ते का मुख्य कार्य तरीका यह है कि सूर्य की गर्मी को तालाब की सतह पर रखा जाता है, जहाँ यह वास्तविक वाष्पीकरण करता है, न कि नीचे जहाँ गर्मी खो जाती है।

चूंकि तापमान खनिज घुलनशीलता को प्रभावित करता है, इसलिए कुमुदिनी पत्तों की सतह के तापमान को और समायोजित करने से लिथियम उत्पादन और अधिक सुधर सकता है।

“ये प्रश्न केवल तब उभरे जब हमने क्षेत्रीय परीक्षणों के परिणाम देखे। यदि हम अपना काम प्रयोगशाला में रखते, तो ये नई दिशाएँ कभी उभरती नहीं।”Z. Jason Ren – सिविल और पर्यावरण अभियांत्रिकी के प्रोफेसर

एक और कदम कृत्रिम कुमुदिनी पत्तों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करना और उपकरण की आर्थिकता का अध्ययन करना होगा, साथ ही Princeton Critical Minerals के लिए संभावित दीर्घकालिक व्यापार मॉडल का अन्वेषण करना होगा।

लिथियम वाष्पीकरण कंपनियां

SQM दुनिया की दूसरी सबसे बड़ी लिथियम खनन कंपनी है, जिसके संपत्ति चिली में हैं और लिथियम कंपनी के व्यवसाय का मुख्य भाग बनाता है। यह प्राकृतिक स्रोत के पोटैशियम नाइट्रेट के उत्पादन में बाजार अग्रणी भी है और आयोडीन, पोटैशियम क्लोराइड, बोरिक एसिड, और मैग्नीशियम क्लोराइड जैसे विशेष रसायन बेचता है।

स्रोत: SQM

अप्रैल 2023 में, कंपनी को चिली द्वारा देश के लिथियम उद्योग के आंशिक राष्ट्रीयकरण की धमकी का सामना करना पड़ा। प्रारंभिक झटके के बाद, योजना के आगे के विवरणों ने स्पष्ट किया कि देश अभी भी निजी विदेशी निवेश को आकर्षित करने का इरादा रखता है।

विशेष रूप से, राष्ट्रीय लिथियम कंपनी कोल्डेको SQM के साथ अनुबंध का पुन: वार्ता कर रहा है, और अन्य लिथियम जमा को उत्खनन के लिए पेश किया जाएगा। मौजूदा अनुबंध फिर भी सम्मानित किया जाएगा और 2030 तक चलाया जाएगा।

क्योंकि वार्ताएँ चल रही हैं, बहुत कम जानकारी उपलब्ध है, और SQM के दीर्घकालिक भविष्य की भविष्यवाणी करना कठिन है। फिर भी, चिली एक ऐसा देश है जो अपनी अर्थव्यवस्था के लिए खनन पर अत्यधिक निर्भर है, और राष्ट्रीयकरण योजनाओं के खिलाफ प्रारंभिक प्रतिक्रिया, जो न केवल लिथियम बल्कि सभी खनन में विश्वास को प्रभावित करती है, ने सरकार को अपनी महत्वाकांक्षाओं को सीमित करने पर मजबूर किया (अभी के लिए?)।

राष्ट्रीयकरण की धमकी के बाद अंतरराष्ट्रीय लिथियम कीमतों में स्थायी गिरावट आई, जिससे कंपनी के शेयर मूल्य में गिरावट आई, जो 2022 के अंत में अपने शिखर से नीचे गिर गया।

स्रोत: Carbon Credit

लिथियम की बिक्री मात्रा में वृद्धि (+13%), वार्षिक औसत बिक्री कीमतों में उल्लेखनीय गिरावट (-41%) 4Q2024 बनाम 4Q2023 में।

निम्न लिथियम कीमतों के परिणामस्वरूप, कंपनी ने 2024 में अन्य उत्पादों से अधिक राजस्व अर्जित किया, जिसमें आयोडीन ने सकल लाभ का 39% योगदान दिया।

स्रोत: SQM

इसे कंपनी के वास्तविक जोखिम को दर्शाने या उन निवेशकों को आकर्षित करने के अवसर के रूप में देखा जा सकता है जो जोखिम लेने को तैयार हैं और ठोस लाभांश उपज प्राप्त करना चाहते हैं।

सभी लिथियम निवेशों की तरह, निवेशकों को ईवी परिदृश्य (मांग और सोडियम‑आयन बैटरियों जैसी नवाचारी रसायन विज्ञान की संभावनाओं, जो लिथियम का उपयोग नहीं करती) से परिचित होना चाहिए और वे अपेक्षा करेंगे कि लिथियम कीमतों की उच्च अस्थिरता निकट भविष्य में बनी रहेगी, भले ही अधिक नीचे की जोखिमें कुछ हद तक मूल्य में शामिल लगें।

आप हमारे लेखों “क्या लिथियम की मांग नई सोडियम‑आयन बैटरियों के साथ गिरने वाली है?”, “क्या अर्कांसस हमारे लिथियम आवश्यकताओं का उत्तर रखता है?” और “नोबेल पुरस्कार उपलब्धियों में निवेश: लिथियम‑आयन बैटरियों से दुनिया को शक्ति देना” में लिथियम और बैटरियों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

Sociedad Química y Minera de Chile S.A. पर नवीनतम

^{संदर्भित अध्ययन:}

^{1. Zheng, S., Oelckers, B., Khandelwal, A. et al.(2025). सतत ब्राइन खनन के लिए इंटरफ़ेसियल सौर वाष्पीकरण। NatureWater 3, 135–137. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y}