Msaidizi. Maabara ya Prof. Chong Liu inatengeneza aina mpya ya elektrodi inayoweza kutoa vipengele vya thamani kutoka kwa maji ya bahari kwa kutumia mchakato unaoitwa electrochemical intercalation. Njia hii inaweza kuwasilisha mojawapo ya mbinu endelevu zaidi za kuchimba lithiamu popote pale. Credit: John Zich
Msaidizi. Prof. Chong Liu anatafuta kubuni elektrodi za kukusanya lithiamu kwa betri kutoka kwa maji ya bahari.
Inakadiriwa kuwa kufikia mwisho wa muongo huu, mauzo ya magari ya umeme yatasukuma mahitaji ya lithiamu mara tano ya kiwango chake cha sasa. Ongezeko hilo la ghafla linatafuta makampuni kwa vyanzo vipya ya madini ya thamani, lakini mwanasayansi mmoja katika Shule ya Pritzker ya Uhandisi wa Molekuli huko Chuo Kikuu cha Chicago inaamini tunayo lithiamu yote tunayohitaji, na inangojea nje ya ufuo.
Hivi sasa, kuhusu 75% ya lithiamu duniani inatoka sehemu ya milima ya ardhi inayozunguka Argentina, Bolivia na Chile, eneo linaloitwa Pembetatu ya Lithium. Huko, chuma hutolewa kwa kusukuma maji ya chumvi kwenye mabonde makubwa ya hewa wazi ambapo huyeyushwa kwa muda wa mwaka mmoja. Walakini, mchakato huo mrefu unaleta shida kubwa katika ulimwengu wenye njaa ya lithiamu, na wakati vyanzo vingine vipo, vingi vinakuja kwa gharama ya mazingira.
Msaidizi. Chong Liu Prof
Ili kuzuia upungufu unaokuja, nchi nyingi, pamoja na Marekani, wanatafuta mbinu endelevu za uchimbaji wa kipengele kinachohitajika. Hapo ndipo Chong Liu, Profesa Msaidizi wa Familia ya Neubauer katika Shule ya Pritzker ya Uhandisi wa Molekuli, anapokuja.
Liu ni mwanasayansi wa nyenzo-anasoma sifa za mata ili kuunda nyenzo maalum. Hivi sasa, maabara yake inatengeneza aina mpya ya elektrodi inayoweza kutoa vitu muhimu kutoka kwa maji ya bahari kwa kutumia mchakato unaoitwa mwingiliano wa kielektroniki. Na ingawa kazi ya Liu bado iko katika hatua zake za awali, inaweza kuwasilisha mojawapo ya mbinu endelevu za kuchimba lithiamu popote pale.
"Motisha yetu kubwa ni kuunda mchakato ambao ni rafiki wa mazingira iwezekanavyo," Liu alisema. "Kwa kuwa tunachukua mbinu ya kielektroniki, tunaepuka kabisa hitaji la joto kali au asidi kali, na tunapata tu kile tunachotaka - hiyo ni uteuzi wa ioni moja."
Mbinu hiyo ni mojawapo ambayo Idara ya Nishati ya Marekani inaichukulia kwa uzito. Mnamo Septemba 2, Liu alitajwa kuwa mmoja wa watafiti 13 kupokea sehemu ya mfuko wa dola milioni 30 inayolenga kupata usambazaji wa nyenzo muhimu wa taifa kwa teknolojia ya nishati safi.
"Kupanua miundombinu ya gari la umeme, kufanya ugumu wa gridi ya taifa letu, na kuwezesha yetu uchumi na mamilioni ya kazi za nishati safi zote zinategemea kupata minyororo ya ugavi wa vifaa muhimu kama vile kobalti na platinamu,” Katibu wa Nishati wa Marekani Jennifer M. Granholm alisema. "Ufunguo wa mustakabali wetu usio na kaboni upo katika kukuza tasnia safi za Amerika, kujenga mifumo dhabiti ya ugavi wa vifaa muhimu vilivyotengenezwa na Amerika, na kupeleka kwa nguvu teknolojia za hali ya hewa hapa na nje ya nchi."
Mbinu ya electrochemical
Ili kuelewa mbinu ya Liu, ni muhimu kufikiria sumaku-umeme. Sawa na jinsi sumaku-umeme inavyoweza kuvutia na kukusanya chuma cha feri, mchakato wa Liu unaweza kuvutia na kukusanya lithiamu. Hakuna usumaku katika mwingiliano wa kemikali ya kielektroniki—badala yake, ayoni huvutiwa na uwanja wa umeme—lakini kanuni hiyo ni sawa. Wafanyikazi wataweza kuzamisha safu ya elektrodi kwenye dimbwi la maji ya bahari, kuvutia lithiamu, na kisha kutolewa lithiamu iliyokusanywa kwenye tanki la kuhifadhi.
"Motisha yetu kubwa ni kuunda mchakato ambao ni rafiki wa mazingira iwezekanavyo."
- Chong Liu Prof
Kwenye kiwango cha molekuli, Liu hufanikisha hili kwa kubuni nyenzo mahususi za elektrodi ambazo huchota ayoni kuelekea elektrodi huku akinasa tu vipengele fulani, na kuvitega.
Kuna changamoto kwa njia hii, ingawa. Kwa sababu mkusanyiko wa lithiamu katika maji ya bahari ni mdogo sana, takriban sehemu 0.2 kwa milioni, mbinu yoyote ya uchimbaji itahitaji kuwa na ufanisi mkubwa ili kuvuta lithiamu kwa kiwango kinachofaa. Pia, ili kutumia elektroni hizi kwa kiwango cha viwandani, itabidi zitengenezwe kwa nyenzo zilizochaguliwa sana, zinazodumu sana. Kuchagua mgombea bora kwa hilo itachukua muda.
Liu anaelewa changamoto hizo na anazishughulikia katika kiwango cha muundo. Maabara yake tayari imeona matokeo ya kuahidi katika mchakato wa uteuzi wa nyenzo, ikipunguza watahiniwa kwa familia chache zinazowezekana, ambazo anafanyia kazi kuboresha zaidi kwa mbinu mpya za kujifunza mashine. Ni matumaini yake kwamba ndani ya muongo ujao kutakuwa na mfumo mpya, endelevu kabisa wa kuchimba lithiamu.
"Ninatarajia kikamilifu kwamba ndani ya miaka 10, 20 tutaona mabadiliko kamili katika jinsi watu na bidhaa zinavyohamishwa," Liu alisema. "Lakini ili kuunda hilo, ili kukabiliana na mabadiliko ya hali ya hewa kwa njia kubwa, tunahitaji kutafuta mbinu rafiki kwa mazingira kwa kila kipengele cha mchakato huo, ikiwa ni pamoja na utengenezaji wa betri. Hilo ndilo tunalotarajia kutoa.”
