تحويل أوليفين إلى مكونات بطارية NMC قيمة

_{أوليفين صخرة متواضع إلى حد ما. يُعتقد أن هذا المعدن البني ذو اللون الأخضر الأصفر باللون الأخضر الأصفر ، ويعتقد أنه الأكثر وفرة في عباءة الأرض العلوية. كيميائيا ، أوليفين هو سيليكات الحديد المغنيسيوم ، على الرغم من أنه يحتوي على عناصر أخرى أيضا. اقتصاديا ، إنه قريب من لا قيمة له. تمتد فائدةها الصناعية المحدودة إلى أحجار الكيمستات ، وأعمال المعادن ، والسيراميك ، وأحيانًا ، كحصى لبناء الطرق. في بعض مواقع التعدين ، Olivine هو منتج نفايات ، مخزّن في أكوام على السطح.}

إنه بالتأكيد ليس خيارًا واضحًا كمصدر لمواد البطارية.

ولكن هذا بالضبط ما ينظر إليه من قبل مجموعة من مهندسي نيوزيلندا. طورت المواد الطموحة التي تتخذ من كرايستشيرش مقراً لها عملية كيميائية حاصلة على براءة اختراع تنتج معادنًا متعددة من أوليفين ، ولم تترك أي نفايات ضارة. ولعل الأكثر إثارة للاهتمام لقطاع الطاقة هو أندر منتجاتها-هيدروكسيد النيكل المانجاني من المصدر مطلوب بشكل متزايد لإنتاج بطارية ليثيوم أيون.

عملية استخراج المعادن المستدامة

إن مصنع الطموح التجريبي ، الذي تم افتتاحه في فبراير ، في عقار صناعي مجهول شرق المدينة. يهيمن على زاوية واحدة من الطابق الرئيسي خزانًا كبيرًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهو متصل بسلسلة من الخزانات الأصغر مرتبة في خط متدرج. يقول كولوم رايس ، كبير المسؤولين التجاريين في الطموح: “بصرف النظر عن نظام التحليل الكهربائي الخاص بنا ، فإن الأجهزة أكثر نموذجية لنباتات الألبان”. “هذه العملية أنيقة ولكنها ليست معقدة بشكل كبير. مدخلاتنا هي الصخور والماء والطاقة المتجددة ، ومنتجاتنا لا تأتي مع عدم وجود CO₂ الانبعاثات. “

الصخرة هي أوليفين “الدقيق” ؛ غبار ناعم ورمادي أخضر هو منتج ثانوي غير مرغوب فيه من إنتاج الرمال الحرارية. يتم تنفيذ ذلك بواسطة ناقل المسمار إلى أكبر خزان ، حيث يتم دمجه مع حمض الكبريتيك. يقول ميغان دانكزيك ، المهندس الكيميائي الرائد في الطموح ، إن هذه الخطوة التي تحدد الحمض “تحولها إلى نوع من الحساء الأولي”. من هناك ، يمر لأسفل أوعية سلسلة التفاعل ، حيث من خلال إضافة الصودا الكاوية والإدارة الدقيقة لحجم الجسيمات ودرجة الحرارة ، يمكن استخراج ثلاثة منتجات بشكل فردي.

ميغان Danczyk ، مهندس كيميائي رئيسي للمواد الطموحة ، يحمل مغرفة من هيدروكسيد المغنيسيوم.المعادن الطموحة

حوالي 50 في المائة من ما تصنعه العملية هو السيليكا التي يمكن أن تكون بديلاً جزئيًا للاسمنت في بورتلاند ، وهو أكثر مجموعة متنوعة من الأسمنت في العالم. حوالي 40 في المائة هو منتج مغنيسيوم مناسب للاستخدام في عزل الكربون ، ومعالجة مياه الصرف الصحي ، وتصنيع السبائك ، من بين أشياء أخرى. 10 في المائة النهائي عبارة عن منتج معدني مختلط-مع كميات صغيرة من هيدروكسيد النيكل المانغاني. تصفها صناعة البطاريات بأنها NMC ، وهي المادة المتاحة للتطبيقات عالية الطاقة.

يوضح Danczyk أنه في نهاية عملية الاستخراج ، تركوا فقط مع محلول ملحي مالح. “هذا يذهب إلى المنحل بالكهرباء ، الذي يعيد تدوير وتجديد الحمض الذي نستخدمه للهضم والقاعدة التي نستخدمها لفصل المنتجات. إنها حلقة مغلقة. نحن نستخدم الصخرة بأكملها ، ونحن نعالجها بدرجة حرارة منخفضة وضغط محيط.”

في الوقت الحالي ، يقوم الطموح بكل فصل على التوالي ، أو كما قال الأرز ، “السيليكا ، إعادة التحميل ، NMC ، إعادة التحميل ، المغنيسيوم.” تتمثل الخطة في إضافة سلاسل رد فعل أخرى بالتوازي ، بحيث يمكن أن تعمل العملية بشكل مستمر ، مما يؤدي إلى تقصير وقت التشغيل من ثلاثة أيام إلى واحدة.

مواد NMC في تصنيع البطارية

تستخدم مواد NMC بالفعل على نطاق واسع في تصنيع البطاريات ؛ عادةً ما تشكل الكاثود في بطاريات ليثيوم أيون عالية الكثافة ، أو بالنسبة إلى تلك الأنظمة الكهربائية التي تحتاج إلى ركوب في كثير من الأحيان ، مثل أدوات الطاقة ، وتخزين الطاقة على نطاق واسع ، والسيارات الكهربائية. يقول Danczyk: “ما تمكنا من إنتاجه هنا يطابق مواصفات ما يستخدم حاليًا في مساحة البطارية”.

اليوم ، يتم تصنيع معظم مواد NMC ذات الصلة صناعياً من خلال الجمع بين أملاح المكونات الرئيسية الثلاثة ، ويظهر كل من هذه المواد بانتظام في قوائم المعادن الحرجة بسبب أهميتها المتزايدة في عالمنا الحديث. التحدي مع المعادن الحرجة هو الوصول إليها. معظم النيكل الكوكب مصادر وصقل في إندونيسيا. تمتلك جنوب إفريقيا أكبر احتياطيات من المنغنيز في العالم ، لكن الصادرات تقريبًا إلى الصين للمعالجة. بالنسبة لكوبالت ، فإن أكبر منتج هي جمهورية الكونغو الديمقراطية ، ولكن مرة أخرى ، يتم تكريرها في الصين. تم توثيق المخاوف المتعلقة بالاحتكار ، وعدم الاستقرار الجيوسياسي ، وانتهاكات حقوق الإنسان ، والأضرار البيئية في هذه المناطق على نطاق واسع.

في حين أن NMC Hydroxide يمثل أصغر جزء ، (حوالي 1 في المائة) من مخرجات الطموح ، فإنه لا يزال من الممكن أن يصنع سلاسل التوريد المستقبلية لمواد البطارية. بينما يجلس جيم جودن – الذي جلس في لجنة خبراء حكومة المملكة المتحدة التي طورت استراتيجية المعادن الحرجة في البلاد في عام 2023 – ، يتغير نهج تأمين إمدادات هذه المواد.

“يبحث الاقتصادات في كيفية قيامها بتشغيل العرض ، وتنويع سلاسل التوريد ، بما في ذلك التعاون مع المنتجين الأصغر الذين يحتمل أن يقدموا المزيد من الاستقرار. الفرع الثالث هو الاقتصاد الدائري ، وهو ما يضمن استخدام المواد التي يتم استخدامها لفترة أطول أو مستردة لإعادة الاستخدام.”

الطموح ليس الشركة الوحيدة التي تتطلع إلى استخراج المزيد من القيمة من المواد التي تم التعرف عليها بالفعل. تقوم شركة Atlas Materials الكندية حاليًا بتسويق عملية حلقة مغلقة مماثلة تنتج مجموعة مماثلة من المنتجات ، لكن نقطة البداية تختلف-من أوليفين ، وهي تركز على سربنتين.

يقول فاي وانغ ، أستاذ مساعد في جامعة لافال في مدينة كيبيك: “ما أفهمه هو أن هاتين المواد الخام ، أوليفين هو في الواقع أكثر صعوبة في حالة من الحمض”. “وهذا يعني أنه يحتاج إلى مدخلات طاقة أعلى وسيستهلك الحمض بسرعة أكبر.” يركز أبحاث وانغ أيضًا على استخراج الهيدرومنتالي للمعادن الحرجة ، لكنه لا يشارك في الأطلس أو الطموح. ويضيف: “ليس هناك شك في أن تكنولوجيا الطموح مثيرة للاهتمام ، وتمثل خطوة للأمام قيد التقدم ، لكن لدي بعض المخاوف حول الاقتصاد”.

بالنسبة إلى Goddin ، يجب أن تكون المحادثة أوسع من ذلك. “من وجهة نظر أوروبية ، تتحول الأمور نحو إنتاج أكثر نظافة وأكثر استدامة. هناك تركيز متزايد على توفير بيانات حول الآثار البيئية للمواد التي يتم استيرادها واستهلاكها. حتى لو ، على سبيل المثال ، انتهى الأمر بالمواد الطموحة إلى أن تكون أكثر تكلفة ، فقد تكون قادرة على التنافس على هذه الأسباب. إنها تستخرج قيمة من كل مكون من المكونات ، مع عدم وجود نفايات.