تکنولوژی یار مخفی آمریکا برای رقابت با چین

ایالات متحده با پیشرفتی که چین را عقب می‌راند، در رقابت جهانی لیتیوم پیش می‌افتد.

رقابت جهانی برای لیتیوم، عنصر حیاتی که نیروی محرکه خودروهای الکتریکی (EV) و ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر است، به نقطه عطفی رسیده است. سال‌ها بود که ایالات متحده با وابستگی خود به واردات لیتیوم، که بخش زیادی از آن در چین فرآوری می‌شد، دست‌وپنجه نرم می‌کرد.

بر اساس داده‌های استاتیستا، در سال ۲۰۲۳، آمریکا ۳۴۰۰ تن لیتیوم وارد کرد که ۶۰ درصد آن توسط رقیب اصلی‌اش، چین، فرآوری شده بود. اما اکنون، یک پیشرفت انقلابی توسط پژوهشگران آمریکایی ممکن است این معادله را تغییر دهد و تعادل را در این رقابت پرمخاطره به نفع ایالات متحده جابجا کند. در قلب این پیشرفت، یک راکتور الکتروشیمیایی نوآورانه قرار دارد که قادر است لیتیوم را از محلول‌های طبیعی آب نمک با کارایی خیره‌کننده ۹۷.۵ درصد استخراج کند. به زبان ساده، این فناوری می‌تواند به زودی امکان استخراج لیتیوم مستقیم از منابع آب شور را فراهم کند؛ فرآیندی که نسبت به روش‌های سنتی استخراج معدنی، پاک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر است.

محور اصلی این نوآوری، غشای سرامیکی شیشه‌ای هدایت‌کننده یون لیتیوم (LICGC) است. این ماده پیشرفته به‌طور انتخابی به یون‌های لیتیوم اجازه عبور می‌دهد و سایر یون‌ها را مسدود می‌کند، که این امر خلوص بالا و کارایی فوق‌العاده‌ای را در استخراج تضمین می‌کند. در نتیجه، لیتیوم با خلوص ۹۷.۵ درصد به دست می‌آید که برای تولید لیتیوم هیدروکسید با کیفیت بالا—ماده‌ای ضروری برای باتری‌های خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر—ایده‌آل است. با این حال، این راکتور جدید با چالش‌هایی نیز روبه‌رو است. یکی از موانع اصلی، تجمع یون‌های سدیم است که می‌تواند انتقال لیتیوم را مختل کرده و مصرف انرژی را افزایش دهد. برای رفع این مشکل، پژوهشگران در حال بررسی راهکارهایی مانند تنظیم سطح جریان، استفاده از پوشش‌های سطحی و به‌کارگیری جریان‌های پالسی هستند تا عملکرد سیستم را بهینه کنند. با وجود این موانع، مزایای بالقوه این فناوری آن‌قدر چشمگیر است که نمی‌توان آن را نادیده گرفت.

این راکتور الکتروشیمیایی از رویکرد سه‌گانه‌ای بهره می‌برد که انتخاب‌گری و کارایی استخراج لیتیوم را بهبود می‌بخشد. برخلاف روش‌های قدیمی، این راکتور از یک الکترولیت جامد متخلخل در محفظه میانی استفاده می‌کند که جریان یون‌ها را هنگام عبور آب نمک به‌دقت کنترل می‌کند. این طراحی از واکنش‌های ناخواسته جلوگیری کرده و فرآیند استخراج را روان و مؤثر نگه می‌دارد. علاوه بر این، یک غشای تبادل کاتیونی، یون‌های کلرید را از رسیدن به مناطق الکترود بازمی‌دارد و از تولید گاز کلر سمی جلوگیری می‌کند، که این امر منجر به کاهش محصولات جانبی خطرناک می‌شود. این سیستم پیشرفته برای دستیابی به نرخ خلوص ۹۷.۵ درصد لیتیوم طراحی شده است، که برای تولید لیتیوم هیدروکسید با کیفیت بالا—ماده‌ای کلیدی برای باتری‌ها—حیاتی است. هسته این سیستم، غشای LICGC است که به‌عنوان یک غشای سرامیکی هدایت‌کننده یون لیتیوم عمل می‌کند.

اگر این فناوری با موفقیت به مقیاس صنعتی برسد، می‌تواند وابستگی ایالات متحده به تأمین‌کنندگان خارجی لیتیوم را به‌طور چشمگیری کاهش دهد و فرآیند استخراجی پایدارتر و کارآمدتر ایجاد کند که با تقاضای روبه‌رشد برای انرژی پاک هم‌راستا باشد. این راکتور نوآورانه نشان‌دهنده تغییری عظیم در نحوه تأمین لیتیوم است و جایگزینی پاک‌تر و مؤثرتر برای روش‌های سنتی ارائه می‌دهد، در حالی که آمریکا را به‌عنوان پیشرو در این رقابت جهانی برای این منبع حیاتی قرار می‌دهد. با گسترش بازارهای انرژی تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی، چنین پیشرفت‌هایی می‌توانند آینده استقلال انرژی و پیشرفت تکنولوژیک را تعریف کنند.