مساعد. يعمل مختبر البروفيسور تشونغ ليو على تطوير نوع جديد من الأقطاب الكهربائية يمكنه استخراج عناصر قيمة من مياه البحر باستخدام عملية تسمى الإقحام الكهروكيميائي. يمكن أن تقدم هذه الطريقة واحدة من أكثر الطرق استدامة لاستخراج الليثيوم في أي مكان. الائتمان: جون زيتش
مساعد. يسعى البروفيسور تشونغ ليو إلى تصميم أقطاب كهربائية لجمع الليثيوم للبطاريات من مياه البحر.
تشير التقديرات إلى أنه بحلول نهاية العقد ، ستؤدي مبيعات السيارات الكهربائية إلى زيادة الطلب على الليثيوم خمسة أضعاف مستواه الحالي. هذه الزيادة المفاجئة جعلت الشركات تبحث لمصادر جديدة من المعدن الثمين ، ولكن أحد العلماء في مدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو تعتقد أن لدينا كل الليثيوم الذي نحتاجه ، وهو ينتظرنا بعيدًا عن الشاطئ.
حاليا ، حوالي 75٪ من الليثيوم في العالم يأتي من امتداد جبلي من الأرض المتداخلة بين الأرجنتين وبوليفيا وتشيلي ، وهي منطقة تسمى مثلث الليثيوم. هناك ، يُستخرج المعدن بضخ المحلول الملحي في أحواض عملاقة في الهواء الطلق حيث يتبخر على مدار عام. ومع ذلك ، فإن هذه العملية المطولة تمثل عنق الزجاجة الرئيسي في عالم متعطش للليثيوم ، وبينما توجد مصادر أخرى ، فإن معظمها يأتي بتكلفة بيئية.
مساعد. البروفيسور تشونغ ليو
لمنع النقص الذي يلوح في الأفق ، العديد من البلدان ، بما في ذلك الولايات المتحدة، يبحثون عن طرق استخراج مستدامة للعنصر عند الطلب. وهنا يأتي دور Chong Liu ، الأستاذ المساعد لعائلة Neubauer في كلية Pritzker للهندسة الجزيئية.
ليو عالمة مواد - تدرس خصائص المادة من أجل إنتاج مواد عالية التخصص. يعمل مختبرها حاليًا على تطوير نوع جديد من الأقطاب الكهربائية يمكنه استخراج عناصر قيمة من مياه البحر باستخدام عملية تسمى الإقحام الكهروكيميائي. وبينما لا يزال عمل ليو في مراحله الأولى ، فإنه يمكن أن يقدم واحدة من أكثر الطرق استدامة لاستخراج الليثيوم في أي مكان.
قال ليو: "دافعنا الكبير هو إنشاء عملية صديقة للبيئة قدر الإمكان". "نظرًا لأننا نتبع نهجًا كهروكيميائيًا ، فإننا نتجنب تمامًا الحاجة إلى الحرارة الشديدة أو الأحماض القوية ، ولا نحصل إلا على العنصر الذي نريده - وهو انتقائية أيون واحد."
هذا النهج هو أحد الأساليب التي تأخذها وزارة الطاقة الأمريكية على محمل الجد. في 2 سبتمبر ، تم اختيار ليو كواحد من 13 باحثًا لتلقي جزء من صندوق بقيمة مليون دولار تهدف إلى تأمين إمدادات المواد الحيوية للأمة لتقنيات الطاقة النظيفة.
"توسيع البنية التحتية للمركبة الكهربائية ، وتقوية الشبكة الكهربائية في بلادنا ، وتزويدنا بالطاقة اقتصاد مع ملايين الوظائف في مجال الطاقة النظيفة ، تعتمد جميعها على تأمين سلاسل التوريد للمواد الحيوية مثل الكوبالت والبلاتين ، "قالت وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر إم جرانهولم. "يكمن مفتاح مستقبلنا الخالي من الكربون في تكثيف الصناعات الأمريكية النظيفة ، وبناء أنظمة سلسلة إمداد قوية من المواد الحرجة الأمريكية الصنع ، والنشر بقوة لتقنيات المناخ الناتجة هنا وفي الخارج."
النهج الكهروكيميائي
لفهم طريقة ليو ، من المفيد تخيل مغناطيس كهربائي. على غرار كيف يمكن للمغناطيس الكهربائي جذب المعادن الحديدية وجمعها ، يمكن لعملية Liu أن تجتذب وتجمع الليثيوم. لا توجد مغناطيسية في الإقحام الكهروكيميائي - بدلاً من ذلك ، تنجذب الأيونات بواسطة مجال كهربائي - لكن المبدأ مشابه. سيكون العمال قادرين على غمر مجموعة من الأقطاب الكهربائية في بركة من مياه البحر ، وجذب الليثيوم ، ثم إطلاق الليثيوم المُجمع في صهريج تخزين.
"الدافع الأكبر لدينا هو إنشاء عملية صديقة للبيئة قدر الإمكان."
- البروفيسور تشونغ ليو
على المستوى الجزيئي ، يحقق Liu ذلك من خلال تصميم مواد إلكترود محددة للغاية تسحب الأيونات نحو الأقطاب بينما تلتقط عناصر معينة فقط وتحبسها.
ومع ذلك ، هناك تحديات لهذا النهج. نظرًا لأن تركيز الليثيوم في مياه البحر منخفض جدًا ، حوالي 0.2 جزء في المليون ، فإن أي تقنية استخراج يجب أن تكون فعالة للغاية من أجل سحب الليثيوم بمعدل معقول. أيضًا ، من أجل استخدام هذه الأقطاب الكهربائية على نطاق صناعي ، سوف تحتاج إلى أن تكون مصنوعة من مادة انتقائية للغاية ومتينة للغاية. سوف يستغرق اختيار أفضل مرشح لذلك وقتًا.
تتفهم ليو تلك التحديات وقد تم أخذها في الاعتبار على مستوى التصميم. لقد شهد مختبرها بالفعل نتائج واعدة في عملية اختيار المواد ، وحصر المرشحين في عدد قليل من العائلات المحتملة ، والتي تعمل على تحسينها باستخدام تقنيات التعلم الآلي الجديدة. تأمل أن يكون هناك خلال العقد القادم نظام جديد مستدام بالكامل لاستخراج الليثيوم.
قال ليو: "أتوقع تمامًا أنه في غضون 10 أو 20 عامًا سنشهد تحولًا كاملاً في كيفية نقل الأشخاص والبضائع". "ولكن لإنشاء ذلك ، لمعالجة تغير المناخ بطريقة جادة ، نحتاج إلى إيجاد طرق صديقة للبيئة لكل جانب من جوانب هذه العملية ، بما في ذلك تصنيع البطاريات. هذا ما نأمل في توفيره ".
