استخراج الليثيوم من المحيط يمكن أن يعزز صناعة البطاريات

مع تزايد الطلب على الليثيوم مع صعود السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، يتجه العلماء إلى البحر—حيث لا تزال احتياطيات هائلة من مادة البطارية الهامة غير مستغلة إلى حد كبير.

الليثيوم، المعدن الخفيف الوزن الضروري لبطاريات عالية الأداء، يواجه قيودًا متزايدة على الإمدادات مع تناقص المصادر الأرضية ورفع أساليب الاستخراج للمخاوف البيئية. يمكن للمحيط، الذي يحتوي على ما يقدر بنحو 180 مليار طن من الليثيوم—أي ما يقرب من 5000 ضعف الاحتياطيات الموجودة على الأرض—أن يقدم حلاً، لكن استخراجه يمثل تحديات فنية هائلة.

يحتوي ماء البحر على حوالي 0.17 جزء في المليون فقط من الليثيوم—ألف مرة أكثر تخفيفًا مما هو موجود في المسطحات الملحية الأرضية. علاوة على ذلك، تصاحب أيونات الليثيوم أيونات الصوديوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم الأكثر وفرة بكثير والتي لها خصائص كيميائية مماثلة، مما يجعل الاستخلاص الانتقائي صعبًا للغاية. تثبت الأساليب التجارية الحالية مثل التبخر الشمسي (المستخدم في المسطحات الملحية) أو الترشيح الحمضي (من خام الصخور الصلبة) أنها غير مجدية اقتصاديًا بتركيزات مياه البحر.

يطور الباحثون في جميع أنحاء العالم أساليب مبتكرة للتغلب على هذه العقبات:

المواد الماصة الانتقائية: المواد المتقدمة مثل هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات من الليثيوم والألومنيوم وأكسيد المنغنيز والليثيوم تبشر بالخير لالتقاط أيونات الليثيوم بشكل تفضيلي. أظهر العلماء اليابانيون مؤخرًا نظامًا يستخدم هذه المواد وحقق 90٪ من استعادة الليثيوم من مياه البحر.

الطرق الكهروكيميائية: من خلال تطبيق مجالات كهربائية مضبوطة بدقة، يمكن للباحثين دفع أيونات الليثيوم عبر أغشية متخصصة مع استبعاد الأيونات المتنافسة. أظهرت دراسة أجريت عام 2023 في Nature Energy أن هذا النهج يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 60٪ مقارنة بالطرق التقليدية.

فصل الغشاء: يتم تطوير أغشية ترشيح نانوية جديدة ذات قنوات انتقائية لليثيوم. في حين أن النماذج الأولية الحالية تواجه مشكلات في المتانة، تشير النماذج النظرية إلى أنها يمكن أن تحقق في النهاية نقاوة بنسبة 99٪ بتكاليف تنافسية.

يمكن أن يؤدي استخلاص الليثيوم من مياه البحر بنجاح إلى تحويل سلاسل التوريد العالمية. على عكس التعدين الأرضي—الذي غالبًا ما يتطلب استخدامًا مكثفًا للمياه في المناطق القاحلة وينتج منتجات ثانوية سامة—يمكن أن يتزامن الاستخراج البحري مع محطات تحلية المياه، باستخدام البنية التحتية الحالية. تشير تقييمات دورة الحياة الأولية إلى أن الليثيوم المستخرج من مياه البحر يمكن أن يكون له بصمة كربونية أصغر بنسبة 30-40٪ من المصادر التقليدية.

على الرغم من بقاء تحديات فنية وتوسعية كبيرة، فقد اجتذبت المكافآت المحتملة الاستثمار من الحكومات والشركات على حد سواء. مع استمرار نمو الطلب على البطاريات بشكل كبير، قد تلعب المحيطات قريبًا دورًا مركزيًا في توفير الطاقة لمستقبلنا النظيف.