15 ژوئن 2023 -چارد ساگوف – آزمایشگاه ملی آرگون-آب نمک های زمین گرمایی مانند تخته نمک Uyuni در بولیوی منبع ارزشمندی از لیتیوم و سایر مواد ضروری است. اعتبار: Shutterstock/Ksenia Ragozina
دسترسی به بسیاری از مواد حیاتی برای زنجیره تامین که به انتقال کربن زدایی آمریکا کمک می کند، منابع محدود است. استخراج سنتی با چالش‌هایی همراه است، بنابراین پیشرفت انرژی پاک به یافتن راه‌های جدید برای دسترسی مطمئن به مواد حیاتی بستگی دارد.
ارتقای امنیت ملی و رقابت اقتصادی، محققان آمریکایی را ملزم به یافتن راه های جدیدی برای دستیابی به مواد مورد نیاز برای بسیاری از فناوری ها می کند. اینها شامل باتری ها، آهنرباها در موتورهای الکتریکی، کاتالیزورها، راکتورهای هسته ای و دیگر فناوری های انرژی بدون کربن ضروری است.
آب نشان‌دهنده یک راه ناشناخته برای دستیابی به این مواد است. دانشمندان آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی ایالات متحده اخیراً بررسی جامعی را منتشر کرده اند که مکانیسم های مختلفی را که توسط آن می توان مواد حیاتی را از جریان های مختلف آب استخراج کرد، شرح داد.
ست دارلینگ، مدیر ارشد علم و فناوری اداره فناوری های انرژی پیشرفته آرگون، گفت که انواع مختلف آب انواع مختلفی از منابع مادی را ارائه می دهد. او گفت: «اقیانوس‌ها منبع عظیمی هستند، زیرا مقادیر کل بسیاری از مواد با ارزش و مهم بسیار زیاد است، اما همچنین بسیار رقیق هستند. “فاضلاب همچنین نیاز به چارچوب بندی مجدد داشته است – ما می خواهیم مردم ببینند که فاضلاب واقعا زباله نیست، بلکه سرشار از انواع مواد با ارزش است.”
دارلینگ همچنین به سفره های آب زیرزمینی و آب نمک های زمین گرمایی به عنوان دیگر منابع احتمالی مواد ارزشمند اشاره کرد. این مواد شامل لیتیوم است که تقاضای فزاینده ای برای باتری خودروهای الکتریکی دارد و می تواند برای کمک به کربن زدایی اقتصاد ما استفاده شود.
دارلینگ گفت: “لیتیوم در اقیانوس ها و در آب نمک های زمین گرمایی وجود دارد؛ شما می توانید آن را از این دو منبع متفاوت استخراج کنید، اما مهم است که بفهمیم کدام ارزان ترین است، کمترین تاثیر زیست محیطی را دارد و زنجیره تامین ایمن را ممکن می کند.” برای بسیاری از مواد دیگر، آب به عنوان منبع مورد بررسی قرار نمی گیرد و این چیزی است که ما به طور فزاینده ای به آن توجه می کنیم.
فن‌آوری‌هایی که دارلینگ و همکارانش برای استخراج مواد حیاتی از انواع مختلف آب در حال بررسی هستند، از سنتی (مانند غشاء) تا نوآورانه (مانند ژنراتورهای بخار خورشیدی سطحی) را شامل می‌شود.
عمر کازی، دکتری. دانشجوی رشته مهندسی مولکولی در دانشگاه شیکاگو که با دارلینگ کار می کند، در حال مطالعه روش هایی برای متمرکز کردن جریان های فاضلاب برای بازیابی مواد با ارزش است.
کازی گفت: خلاص شدن از شر آب از طریق تبخیر فرآیندی پر انرژی و کند است. “در آب نمک های زمین گرمایی، ممکن است سال ها طول بکشد تا آب تبخیر شود تا بتواند لیتیوم موجود در آنها را بازیابی کند، که گلوگاه بزرگی ایجاد می کند. سوالی که ما می پرسیم این است که چگونه می توانیم آب را سریعتر تبخیر کنیم؟”
یکی از راه‌های انجام این کار می‌تواند از طریق استفاده از مواد فتوترمال متخلخل باشد که نور را به طور مؤثری به گرما تبدیل می‌کنند. این جذب کننده های نور مانند یک تی شرت مشکی عمل می کنند که در یک روز آفتابی گرم می شود. این گرما مستقیماً در سطح مشترک با هوای اطراف به آب منتقل می شود و به طور قابل توجهی تبخیر را تسریع می کند.
به طور کلی، دارلینگ خاطرنشان کرد، آرگون دارای قابلیت های غنی در زنجیره تامین، چرخه عمر و تحلیل های فنی اقتصادی است. علاوه بر این، آزمایشگاه در مواد، شیمی و مهندسی فرآیند مربوط به استخراج مواد حیاتی تخصص دارد. این به طور منحصر به فرد آزمایشگاه را برای کمک به دستیابی به یک اقتصاد دایره ای و ایمن تر از مواد، به ویژه هنگامی که صحبت از خروج بیشتر از جریان های آب می شود، قرار می دهد.
مقاله ای بر اساس این مطالعه، “استراتژی های طراحی مواد برای بازیابی منابع حیاتی از آب”، در 31 مارس در Advanced Materials به صورت آنلاین ظاهر شد.
علاوه بر دارلینگ و کازی، سایر نویسندگان این مطالعه شامل ون چن، جمیلا ایتمن، فنگ گائو، یینینگ لیو، یوکین وانگ و زیجینگ شیا هستند.
