مع خروج السيارات الكهربائية من خطوط التجميع، هناك عنق الزجاجة في المنبع: تكرير الليثيوم. تإن تحويل الليثيوم الخام إلى المركبات اللازمة للبطاريات أمر مكلف، وفوضوي، ويستهلك الكثير من الطاقة، ولكن لدى شركة Mangrove Lithium، وهي شركة ناشئة مقرها فانكوفر، طريقة أفضل. قامت الشركة بتطوير عملية تكرير كهروكيميائية تحول مواد التغذية الليثيوم إلى هيدروكسيد الليثيوم المستخدم في البطاريات.
يتطلب تحويل الليثيوم الخام إلى هيدروكسيد الليثيوم عادةً تحميص السبودومين – وهو معدن يُشتق منه الليثيوم – في درجات حرارة عالية، ثم ترشيحه بالحمض لتحويله إلى كبريتات الليثيوم. ذلك المركب ثم يحتاج إلى تحويله إلى هيدروكسيد الليثيوم. يقول: “إنه تفاعل كيميائي حراري يستخدم كميات كبيرة من المواد الكيميائية الكاشفة، ويولد تيارًا من نفايات كبريتات الصوديوم”. ريان داي، مدير العمليات بشركة مانجروف ليثيوم.
ومما يزيد من تشديد عنق الزجاجة، أن غالبية الليثيوم في العالم – 60 إلى 70 في المائة – يتم تكريره الآن في الصين، كما أدت القيود على التصدير والتوترات الجيوسياسية إلى تعطيل سلاسل التوريد في السنوات الأخيرة. كما أن شحن الليثيوم الخام إلى الخارج ليتم تكريره يزيد من إجمالي البصمة الكربونية للبطاريات. إن النموذج الجديد لتكرير الليثيوم من الممكن أن يعيد تشكيل ليس فقط اقتصاديات السيارات الكهربائية، بل وأيضاً الجغرافيا والبصمة البيئية لسلسلة توريد البطاريات العالمية.
ومن المقرر أن يبدأ مصنع مانجروف التجريبي في كولومبيا البريطانية الإنتاج في النصف الثاني من عام 2026.
كيف يعمل صقل المانجروف؟
يستبدل المانجروف التفاعل التقليدي الذي يتطلب استخدامًا مكثفًا للموارد بعملية تستخدم الكهرباء والماء والأكسجين. في الخلية الكهروكيميائية، يتم تدفق المحلول الملحي من خلال محلل كهربائي، والذي يتكون من صندوق معدني به ثلاث حجيرات بين الكاثود والأنود. يتم فصل المقصورات بواسطة أغشية التبادل الأيوني، وهي حواجز نصف منفذة تسمح فقط بمرور أيونات معينة. تتدفق كبريتات الليثيوم من خلال الحجرة المركزية، ويقوم المجال الكهربائي للخلية بتقسيم الملح إلى أجزاء. يقول داي: «الليثيوم، وهو أيون موجب، سيتحرك عبر الغشاء باتجاه الكاثود». هناك، “نحن نتفاعل مع الأكسجين والماء لتكوين أيونات الهيدروكسيد، التي تتحد مع الليثيوم من الملح لتكوين هيدروكسيد الليثيوم”.
وفي الوقت نفسه، على الجانب الآخر من الخلية، تتحرك الكبريتات – أيون سالب – نحو القطب الموجب، حيث يتم تقسيم الماء لإنتاج البروتونات وغاز الأكسجين. تتحد البروتونات مع أيونات الكبريتات لتكوين حمض الكبريتيك.
يقول داي: “إنك تقوم بتشغيل هذه العملية بشكل مستمر، وبمرور الوقت تقوم بتوليد هيدروكسيد الليثيوم، والذي يمكنك إرساله إلى جهاز التبلور”. “لا يوجد نفايات كبيرة وكل ما تتغذى به هو الماء المالح والماء والأكسجين والكهرباء.” يتم استرداد حمض الكبريتيك ويمكن تدويره مرة أخرى في اتجاه المنبع لتصفية المزيد من المحلول الملحي من مادة التغذية الخام.
بشكل عام، يعد الحفاظ على غشاء التبادل الأيوني سليمًا أحد أكبر التحديات لتوسيع نطاق هذا النوع من العمليات، كما يقول فيفي شي، الأستاذ المساعد في هندسة الطاقة في ولاية بنسلفانيا. ويشير شي، الذي يبحث في طرق التحسين المعتمدة على الكهروكيميائية، إلى أن هذا النهج يمكن أن ينشط التفاعلات الضرورية بسهولة أكبر، ولكنه يواجه قيودًا على التطبيقات واسعة النطاق.
تفصل العملية الكهروكيميائية الليثيوم عن طريق تمريره عبر ثلاث حجرات مفصولة بحواجز نصف منفذة. المنغروف الليثيوم
كاثود المنغروف المعتمد على الأكسجين
الابتكار الرئيسي لأشجار المنغروف وما يمكّن هذه العملية هو الكاثود المعتمد على الأكسجين. يقول داي: “إن قيادة التفاعل تتطلب هندسة تفصيلية”. صممت الشركة قطبًا كهربائيًا يسمح للغاز والسائل بالتفاعل معًا، باستخدام كمية كافية من الماء فقط لتفعيل تفاعل الأكسجين، دون إضافة الكثير مما يؤدي إلى إغراق النظام وإنشاء غاز الهيدروجين بدلاً من ذلك.
يتم تصنيع الأقطاب الكهربائية من خلال عملية خاصة تجمع بين عدة طبقات مخصصة تسمح بتدفق متوازن للمياه والأكسجين للوصول إلى مواقع المحفز النشط. ويفضل هذا التصميم تفاعل اختزال الأكسجين بنسبة تزيد عن 99.5 بالمائة من إجمالي نشاط الكاثود. كما أنه يقلل أيضًا من كمية الكهرباء اللازمة لدفع العملية، لأن “تقليل الأكسجين يتطلب جهدًا أقل من تقليل الماء”، كما يقول داي. ويتزايد الطلب على معادن البطاريات إلى ما هو أبعد من الليثيوم فقط، حيث تتنافس شركات صناعة السيارات على إمدادات النيكل والكوبالت والجرافيت والمنغنيز. وفي الوقت نفسه، تنشر المرافق بطاريات على نطاق الشبكة تستخدم نفس المواد بكميات أكبر. يمكن أن تصبح قدرة التكرير – وليس التعدين فقط – نقطة الاختناق الحاسمة في هذا البناء، لأن صانعي البطاريات يحتاجون إلى مركبات محددة للغاية وفائقة النقاء.
في حين أن أشجار المانغروف تستهدف في البداية الليثيوم، فإن بنيتها الكهروكيميائية ليست خاصة بالليثيوم بطبيعتها، ويمكن تكييفها مع مواد البطاريات الأخرى التي تواجه اختناقات تنقية مماثلة. على سبيل المثال، لا يزال إنتاج كبريتات النيكل والكوبالت يعتمد على عمليات الترسيب المتعددة الخطوات واستخلاص المذيبات التي تولد نفايات كبيرة وتتطلب مدخلات كبيرة من المواد الكاشفة. يقول داي: “سيعمل هذا الأمر فورًا عند تطبيقه على أملاح فلزية قلوية أخرى”.
وسينتج المصنع التجريبي لشركة مانجروف في كولومبيا البريطانية 1000 طن سنويًا من هيدروكسيد الليثيوم. إذا تمكنت الشركة من توسيع نطاق تكنولوجيتها كما تأمل، فيمكنها البدء في إعادة تشكيل ليس فقط سلسلة توريد البطاريات، ولكن أيضًا الجغرافيا السياسية لتحول الطاقة.
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
