هدف استارتاپ MIT گسترش تولید لیتیوم آمریکا | اخبار MIT

چین بر عرضه جهانی لیتیوم تسلط دارد. این کشور حدود 65 درصد از مواد باتری را پردازش می‌کند و دوباره محدودیت‌های صادراتی محصولات مبتنی بر لیتیوم را که برای اقتصاد حیاتی هستند، آغاز کرده است.

خوشبختانه، ایالات متحده دارای ذخایر قابل توجهی لیتیوم است، به ویژه به شکل آب نمک های زیرزمینی عظیم در جنوب آرکانزاس و شرق تگزاس. اما بازیابی آن لیتیوم از طریق تکنیک‌های مرسوم یک پیشنهاد انرژی بر و زیان‌بار برای محیط‌زیست خواهد بود – اگر اصلاً سودآور بود.

اکنون، استارت‌آپ Lithios که توسط Mo Alkhadra PhD ’22 و Martin Z. Bazant، استاد مهندسی شیمی صندلی شورون تأسیس شده است، در حال تجاری سازی فرآیند جدیدی برای بازیابی لیتیوم است که آن را استخراج لیتیوم پیشرفته می‌نامد. این شرکت از الکتریسیته برای ایجاد واکنش با مواد الکترودی استفاده می کند که لیتیوم را از آب نمک شور جذب می کند و ناخالصی های دیگری را پشت سر می گذارد.

لیتیوس می‌گوید فرآیند آن انتخابی‌تر و کارآمدتر از سایر تکنیک‌های استخراج مستقیم لیتیوم است. همچنین جایگزین بسیار تمیزتر و کم انرژی تر برای استخراج معادن و حوضچه های تبخیری خورشیدی است که برای استخراج لیتیوم از آب نمک های زیرزمینی در بیابان های مرتفع آمریکای جنوبی استفاده می شود.

لیتیوس از ژوئن یک سیستم آزمایشی را اجرا می کند که به طور مداوم لیتیوم را از آب های شور واقعی از سراسر جهان استخراج می کند. همچنین اخیراً یک نسخه اولیه از سیستم خود را برای یک شریک تجاری در حال افزایش عملیات در آرکانزاس ارسال کرده است.

با توجه به اینکه فناوری اصلی سیستم های مدولار خود تا حد زیادی تایید شده است، سال آینده لیتیوس قصد دارد نسخه بزرگتری را با قابلیت تولید 10 تا 100 تن کربنات لیتیوم در سال آغاز کند. از آنجا، این شرکت قصد دارد یک مرکز تجاری بسازد که بتواند سالانه 25000 تن کربنات لیتیوم تولید کند. این نشان دهنده افزایش عظیم در کل تولید لیتیوم ایالات متحده است که در حال حاضر به کمتر از 5000 تن در سال محدود شده است.

الخادرا می‌گوید: «اخیراً، و به‌ویژه در سال گذشته، فشار زیادی برای تأمین منابع داخلی لیتیوم و جدا شدن از چنگال چین در زنجیره تأمین مواد معدنی حیاتی صورت گرفته است». ما ذخایر لیتیوم فراوانی در ایالات متحده در اختیار داریم، اما ابزار لازم برای تبدیل این منابع به ارزش را نداریم.

تطبیق یک تکنولوژی

بازانت در حین کار با شرکت های باتری از طریق آزمایشگاه خود در دپارتمان مهندسی شیمی MIT به نیاز به رویکردهای جدید برای استخراج لیتیوم پی برد. گروه او چندین دهه مواد باتری و جداسازی الکتروشیمیایی را مورد مطالعه قرار داده است.

الخادرا به عنوان بخشی از دکترای خود در آزمایشگاه بازانت، فرآیندهای الکتروشیمیایی برای جداسازی فلزات محلول را با تمرکز بر حذف سرب از آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب صنعتی مطالعه کرد. همانطور که الخادرا به فارغ التحصیلی نزدیکتر می شد، او و بازانت به امیدبخش ترین برنامه های تجاری برای کارش نگاه کردند.

سال 2021 بود و قیمت لیتیوم در میانه یک جهش تاریخی بود که ناشی از اهمیت این فلز در باتری‌ها بود.

امروزه، لیتیوم عمدتاً از استخراج معدن یا از طریق فرآیند تبخیر آهسته که از مایل ها حوضچه های سطحی برای تصفیه و بازیابی لیتیوم از فاضلاب استفاده می کند، به دست می آید. هر دو انرژی بر هستند و برای محیط زیست مضر هستند. آنها همچنین تحت سلطه شرکت های چینی و زنجیره های تامین هستند.

بازانت توضیح می‌دهد: «بسیاری از استخراج سنگ‌های سخت در استرالیا انجام می‌شود، اما بیشتر سنگ‌ها به عنوان کنسانتره برای پالایش به چین فرستاده می‌شوند، زیرا آنها کسانی هستند که این فناوری را دارند.

سایر روش‌های استخراج مستقیم لیتیوم از مواد شیمیایی و فیلترها استفاده می‌کنند، اما بنیان‌گذاران می‌گویند که این روش‌ها برای سودآوری با ذخایر لیتیوم ایالات متحده، که غلظت‌های پایین لیتیوم و سطوح بالای ناخالصی دارند، تلاش می‌کنند.

الخادرا می‌گوید: «این روش‌ها زمانی کار می‌کنند که درجه خوبی از آب نمک لیتیومی داشته باشید، اما با دریافت منابع با کیفیت پایین‌تر، به طور فزاینده‌ای غیراقتصادی می‌شوند، که دقیقاً همان چیزی است که صنعت در حال حاضر از آن عبور می‌کند. “فرایند تبخیر ردپای بزرگی دارد – ما در مورد اندازه جزیره منهتن برای یک پروژه صحبت می کنیم. به راحتی، بازیابی مواد معدنی از آن غلظت های کم جوهره کار دکترای من در MIT بود. ما به سادگی مجبور شدیم این فناوری را با موارد استفاده جدید تطبیق دهیم.”

الخادرا در حین انجام گفتگوهای اولیه با مشتریان بالقوه، راهنمایی هایی را از خدمات مشاوره سرمایه گذاری MIT، صندوق نوآوری Sandbox MIT و مرکز انرژی پاک ماساچوست دریافت کرد. لیتیوس زمانی که دکترای خود را در سال 2022 به پایان رساند و بورسیه Activate Fellowship را دریافت کرد، رسماً تشکیل شد. لیتیوس قبل از نقل مکان به مرکز آزمایشی و تولیدی خود در مدفورد، ماساچوست، در سال 2024، در The Engine، یک انکوباتور راه اندازی MIT رشد کرد.

امروزه، Lithios از یک ماده الکترود نامعلوم استفاده می کند که وقتی در معرض ولتاژهای دقیق قرار می گیرد به لیتیوم متصل می شود.

الخادرا توضیح می دهد: «به باتری بزرگی فکر کنید که آب در آن جریان دارد. هنگامی که آب نمک با الکترودهای ما تماس پیدا می کند، به طور انتخابی لیتیوم را می کشد و در عین حال همه آلاینده های دیگر را دفع می کند. وقتی لیتیوم روی مواد جذب کننده ما بارگیری می شود، می توانیم به سادگی جهت جریان الکتریکی را تغییر دهیم تا لیتیوم به جریان آب تمیز برگردد. این شبیه به شارژ و تخلیه باتری است.

بازانت می گوید که مواد جاذب لیتیوم این شرکت برای این کاربرد مناسب هستند.

بازانت می گوید: «یکی از چالش های اصلی استفاده از الکترودهای باتری برای استخراج لیتیوم، نحوه تکمیل سیستم است. ما یک ماده استخراج لیتیوم عالی داریم که در آب بسیار پایدار است و عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد. همچنین یاد گرفتیم که چگونه هر دو الکترود را با انتقال یون کنترل‌شده و مخلوط کردن فرمول‌بندی کنیم تا فرآیند بسیار کارآمدتر و کم‌هزینه‌تر شود.»

رشد در “روح MIT”

یک بررسی زمین شناسی ایالات متحده در سال گذشته نشان داد که سازند اسماکاور زیرزمینی تنها در جنوب غربی آرکانزاس بین 5 تا 19 میلیون تن لیتیوم دارد.

بازانت می‌گوید: «اگر فقط بر اساس قیمت‌های امروزی تخمین بزنید که چقدر لیتیوم در آن منطقه وجود دارد، حدود 2 تریلیون دلار لیتیوم است که قابل دسترسی نیست. “اگر بتوانید این منابع را به طور موثر استخراج کنید، تاثیر زیادی خواهد داشت.”

در اوایل سال جاری، Lithios سیستم آزمایشی خود را به یک شریک تجاری در آرکانزاس ارسال کرد تا رویکرد خود را در این منطقه بیشتر تأیید کند. لیتیوس همچنین قصد دارد چندین پروژه آزمایشی و نمایشی اضافی را با دیگر شرکای اصلی در صنایع نفت و گاز و معدن در سال های آینده مستقر کند.

الخادرا می‌گوید: «پس از این استقرار میدانی، لیتیوس به سرعت به سمت یک کارخانه نمایش تجاری که تا سال 2027 عملیاتی خواهد شد، گسترش خواهد یافت و قصد دارد تا قبل از پایان دهه به یک مرکز تجاری کیلوتن در سال تبدیل شود.»

اگرچه Lithios در حال حاضر بر روی لیتیوم متمرکز شده است، بازانت می‌گوید که رویکرد این شرکت می‌تواند در مورد موادی مانند عناصر خاکی کمیاب و فلزات واسطه نیز اتخاذ شود.

بازانت می‌گوید: «ما در حال توسعه فناوری منحصربه‌فردی هستیم که می‌تواند ایالات متحده را به مرکز جهان برای جداسازی مواد معدنی حیاتی تبدیل کند، و ما نمی‌توانستیم این کار را در جای دیگری انجام دهیم». “MIT محیط عالی بود، عمدتاً به خاطر مردم. دانشمندان و تاجران فوق العاده زیادی در اکوسیستم MIT وجود دارند که از نظر فنی بسیار باهوش هستند و آماده هستند تا وارد پروژه ای مانند این شوند. اولین کارمندان ما همه افراد MIT بودند و آنها واقعاً روح MIT را به شرکت ما آوردند.”