فن آوری نوین خورشیدی که لیتیوم را از آب دریا استخراج می‌کند، انرژی را بازتعریف می‌کند
پژوهشگران روشی پایدار برای استخراج کارآمد لیتیوم از آب دریا توسعه داده‌اند که به تقاضای روزافزون انرژی تجدیدپذیر پاسخ می‌دهد.
دستگاه استخراج و ذخیره‌سازی لیتیوم بادوام با استفاده از تبخیر خورشیدی (STLES) از نور خورشید برای استخراج و ذخیره‌سازی لیتیوم از آب شور استفاده می‌کند.
این روش از الکترودهای فسفات آهن استفاده می‌کند که قابلیت جذب انتخابی یون‌های لیتیوم از آب شور را دارند. پس از جذب، الکترودها لیتیوم را در آب شیرین آزاد می‌کنند، که این فرآیند را هم کارآمد و هم دوست‌دار محیط زیست می‌کند.
به گفته پژوهشگران دانشگاه نانجینگ و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، این رویکرد یک جایگزین پاکتر برای استخراج سنتی لیتیوم ارائه می‌دهد که اغلب شامل فرآیندهای شیمیایی مضر و اختلالات گسترده در زمین است.
این کار مشابه تحقیقی است که توسط تیمی از دانشگاه شیکاگو با استفاده از ذرات فسفات آهن برای استخراج کارآمد لیتیوم از آب دریا، آب‌های زیرزمینی و آب‌های بازگشتی انجام شده است.
فن آوری پاکتر استخراج لیتیوم
تحقیقات گسترده‌ای برای یافتن منابع مؤثرتر لیتیوم به دلیل اهمیت باتری‌های لیتیوم به زیرساخت‌های پشتیبانی از منابع انرژی تجدیدپذیر انجام شده است.
استخراج لیتیوم از آب دریا مدت‌ها جذاب بوده است، اما به دلیل غلظت کم لیتیوم و حضور سایر مواد معدنی مانند منیزیم و کلسیم با چالش‌هایی مواجه بوده است. آب دریا دارای ۲۳۰ میلیارد تن لیتیوم است، اما جدا کردن آن بیش از ۱۰ برابر روش‌های دیگر هزینه دارد.
تیم پژوهشی در خلاصه مطالعه خود اظهار داشته است: «پایداری سیستم‌های ذخیره‌سازی یا تبدیل انرژی مبتنی بر لیتیوم، مثل باتری‌های لیتیوم-یون، می‌تواند با ایجاد روش‌های کارآمد استخراج لیتیوم از آب‌های شور سخت بهبود یابد.»
یک روش جدید برای استخراج لیتیوم که از فناوری باتری الهام گرفته شده است، از الکترودهای فسفات آهن برای جذب انتخابی لیتیوم از آب شور و آزاد سازی آن در آب شیرین استفاده می‌کند. اکسیداسیون و کاهش نقره در الکترودهای مقابل تعادل شارژ را حفظ می‌کند و سایر کاتیون‌ها را در سمت نمک نگه می‌دارد.
رویکرد دیگری که از گیاهان الهام گرفته شده است، از یک تبخیرکننده خورشیدی برای استخراج، ذخیره‌سازی و آزادسازی لیتیوم با استفاده از نور خورشید استفاده می‌کند. این نوآوری‌ها روش‌های امیدوارکننده‌ای برای بازیابی کارآمد و پایدار لیتیوم ارائه می‌دهند و به تقاضای روزافزون لیتیوم در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر پاسخ می‌دهند.
بازیابی بدون غشا
در مطالعه جدید، پژوهشگران یک پیل الکتروشیمیایی بدون غشا توسعه داده‌اند که یون‌های لیتیوم را بین دو محفظه جدا می‌کند: یکی پر از آب شور و دیگری با آب شیرین.
این محفظه‌ها از یکدیگر جدا شده‌اند اما از طریق الکترودهای ردوکس نقره/نقره-هالید به هم متصل هستند، که امکان چرخش کارآمد یون‌های لیتیوم را فراهم می‌کند.
الکترودهای فسفات آهن لیتیوم را جذب و آزاد می‌کنند، که سیستم را کارآمد و آسان برای عمل بدون نیاز به غشا برای جدا کردن مایعات می‌کند.
آزمایش‌های بلندمدت نشان داده‌اند که دستگاه انطباق، پایداری و مقیاس‌پذیری دارد. این سیستم بدون نیاز به ورودی انرژی اضافی به صورت منفعل عمل می‌کند، که این ویژگی هم از نظر هزینه و هم از نظر زیست‌محیطی مقرون به صرفه است. همچنین می‌تواند با برکه‌های تبخیر موجود ادغام شود، که هزینه‌های نصب را کاهش می‌دهد و امکان درمان آب‌های بسیار شور با فشار اسمزی بالا را فراهم می‌کند.
طراحی جدید همچنین با آب‌های شور سخت، حتی آنهایی که دارای سطوح بالای منیزیم و غلظت‌های بسیار کم لیتیوم هستند، کار می‌کند و می‌تواند کربنات لیتیوم با بیش از ۹۹.۹۵ درصد خلوص را تولید کند که برای باتری‌ها مناسب است.
پژوهشگران ادعا می‌کنند که این روش تا ۲۱.۵ درصد در انرژی صرفه‌جویی می‌کند با استفاده کارآمد از انرژی اسمزی آب‌های شور. در یک آزمایش پایلوت، یک پیل بزرگتر با مساحت الکترود ۳۳.۷۵ متر مربع برای استخراج لیتیوم از آب شور دریای مرده استفاده شد و نرخ بازیابی ۸۴ درصد را به دست آورد.
در حالی که این فناوری‌ها در مقیاس‌های آزمایشگاهی و پایلوت پتانسیل نشان می‌دهند، قابلیت اقتصادی و تأثیرات زیست‌محیطی آنها در کاربردهای تجاری نیازمند ارزیابی بیشتری است.
به گفته تیم پژوهشی، یک چالش کلیدی بهینه‌سازی کارایی استخراج همراه با کمینه کردن استفاده از آب و اختلالات زمین است، زیرا مواد مورد استفاده می‌توانند گران باشند و ممکن است نیاز به جایگزین‌های اقتصادی‌تر داشته باشند.
جزئیات پژوهش تیم در مجله Science منتشر شده است.
