تمیز کردن مواد معدنی بحرانی و تولید مواد ، با استفاده از پلاسما مایکروویو | اخبار MIT

فشار برای بازگرداندن تولید به ایالات متحده در برابر یک حقیقت ناگوار در حال اجرا است: فرآیندهای ساخت بسیاری از مواد مهم امروزه باعث ایجاد فرآورده های سمی و سایر خطرات زیست محیطی می شوند. این در مورد فلزات صنعتی متداول مانند نیکل و تیتانیوم و همچنین مواد معدنی خاص ، مواد و روکش هایی که به باتری ، الکترونیک پیشرفته و کاربردهای دفاعی می روند ، صادق است.

اکنون 6K ، که توسط دانشمند سابق تحقیقات MIT کمال حدییدی تأسیس شده است ، از یک فرآیند تولید جدید برای آوردن استفاده می کند مواد بحرانی تولید به آمریکا بدون فرآورده های سمی.

این شرکت به طور فعال در حال مقیاس بندی فناوری پلاسما مایکروویو ، که آن را غیرقانونی می نامد ، برای تغییر روش پردازش مواد معدنی مهم و ایجاد زنجیره های جدید تأمین داخلی در این فرآیند. Unimelt از پرتوهای پلاسما حرارتی محکم کنترل شده برای ذوب یا تبخیر مواد پیشرو در ذرات با اندازه دقیق و مراحل کریستالی استفاده می کند.

این فناوری فلزات مانند تیتانیوم ، نیکل و آلیاژهای نسوز را به ذرات بهینه شده برای تولید افزودنی برای طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی تبدیل می کند. همچنین برای ایجاد مواد باتری برای وسایل نقلیه برقی ، زیرساخت های شبکه و مراکز داده استفاده می شود.

Saurabh Ullal ، مدیرعامل 6K می گوید: “بازارها و مواد بحرانی که ما روی آنها متمرکز شده ایم نه تنها به دلایل اقتصادی بلکه امنیت ملی ایالات متحده نیز مهم هستند ، زیرا بخش عمده ای از این مواد امروز در کشورهای غیر دوستانه تولید می شود.” “حالا ، [U.S. government] و پایگاه مشتری رو به رشد ما می تواند از این فناوری اختراع شده در MIT استفاده کند تا ایالات متحده به این کشورهای غیر دوستانه کمتر وابسته شود و از استقلال زنجیره تأمین هم اکنون و در آینده اطمینان حاصل کند. “

با نام دمای 6000 درجه پلاسما ، 6K در حال حاضر پودرهای فلزی با کارایی بالا را به تولید کنندگان قطعات و همچنین شرکت های دفاعی ، خودرو ، پزشکی و نفت و گاز برای استفاده در برنامه های کاربردی از اجزای موتور و ایمپلنت های پزشکی به موشک می فروشد. بشر 6K برای مقیاس کاری با مواد باتری خود ، در حال ساخت یک مرکز تولید 100000 فوت مربعی در جکسون ، تنسی است که از اواخر امسال شروع به کار می کند.

یک پروژه آخر هفته

بین سالهای 1994 و 2007 ، حدیدی در مرکز علوم و فیوژن پلاسما (PFSC) کار کرد ، جایی که وی فناوری های پلاسما را برای طیف وسیعی از برنامه ها از جمله تولید هیدروژن ، اصلاح سوخت و تشخیص سموم محیطی توسعه داد. اولین شرکت وی در سال 2000 از PFSC برای شناسایی جیوه در دودی از نیروگاه های زغال سنگ تاسیس شد.

حدیدی می گوید: “من عاشق کار در MIT بودم.” “این یک مکان شگفت انگیز است که واقعاً شما را به چالش می کشد. فقط بودن در آنجا بسیار تحریک کننده است زیرا همه سعی می کنند راه حل های جدیدی را ارائه دهند و نقاط بین زمینه های مختلف را به هم وصل کنند. “

Hadidi همچنین با استفاده از پلاسماهای مایکروویو با فرکانس بالا برای ایجاد نانومواد برای استفاده در برنامه های نوری شروع به استفاده کرد. او یک متخصص مواد نبود ، بنابراین او با استاد اریک جردن ، یک متخصص سنتز مواد از دانشگاه کانکتیکات همکاری کرد و محققان شروع به کار در شبها و آخر هفته ها در PSFC کردند تا ایده بیشتری را توسعه دهند و در نهایت ثبت اختراع فناوری شوند.

حدیدی در سال 2007 به طور رسمی این شرکت را به عنوان Amastan تأسیس کرد و در مورد استفاده از فناوری پلاسما مایکروویو ، که بعداً به دلیل “فرآیند حالت ذوب یکنواخت” Unimelt نامگذاری شد ، به عنوان بخشی از کمک هزینه دولتی که وی و اردن دریافت کردند ، میزبان مواد مختلف بود.

محققان به زودی فهمیدند که فناوری پلاسما مایکروویو نسبت به تکنیک های تولید سنتی برای مواد خاص دارای چندین مزیت است. برای یک ، می تواند چندین مرحله پر انرژی از فرآیندهای معمولی را از بین ببرد و در بعضی موارد زمان تولید را از روزها به ساعت کاهش دهد. برای باتری ها و برخی از مواد معدنی مهم ، این روند همچنین با مواد اولیه بازیافت شده کار می کند. Amastan در سال 2019 به 6K تغییر نام داد.

در اوایل ، حدیدی پودرهای فلزی را تولید کرد که در ساخت افزودنی از طریق فرآیندی به نام کروی سازی استفاده می شود ، که منجر به پودرهای متراکم و کروی می شود که به خوبی جریان می یابند و قطعات چاپی سه بعدی را با کارایی بالا ایجاد می کنند.

پس از یک کمک هزینه دیگر ، حدیدی روشهای تولید یک نوع کاتد باتری ساخته شده از لیتیوم ، نیکل ، منگنز و کبالت (NMC) را مورد بررسی قرار داد. فرآیند استاندارد برای ساخت NMC ها شامل سنتز شیمیایی ، بارش ، عملیات حرارتی و آب زیادی است. 6K قادر به کاهش بسیاری از این مراحل ، سرعت بخشیدن به تولید و کاهش هزینه ها و همچنین پایدارتر بودن است.

اوللال می گوید: “فناوری ما زباله های سمی را به طور کامل از بین می برد و تمام محصولات جانبی را از طریق این فرآیند بازیافت می کند تا از همه چیز ، از جمله آب استفاده کند.”

مقیاس بندی تولید داخلی

امروز ، بازوی تولید افزودنی 6K از کارخانه ای در پنسیلوانیا کار می کند. پردازش ، پالایش و سیستم های بازیافت مواد معدنی مهم این شرکت می تواند حدود 400 تن ماده در سال تولید کند و می تواند برای تولید بیش از ده ها نوع پودر فلزی استفاده شود. این شرکت همچنین دارای مرکز باتری 33000 فوت مربعی در شمال آندور ، ماساچوست است که در آن مواد کاتدی باتری را برای مشتریان ذخیره انرژی و تحرک خود تولید می کند.

از تسهیلات تنسی برای تولید مواد کاتد باتری استفاده می شود و یک قدم گسترده در توان را نشان می دهد. این شرکت می گوید وقتی ساخت و ساز در سال آینده کامل شود ، می تواند سالانه 13،000 تن مواد تولید کند.

حدییدی ، که در سال 2019 این شرکت را ترک کرد ، می گوید: “من خوشحالم که اگر آنچه را که شروع کردم چیز مثبتی را برای جامعه به ارمغان می آورد ، بسیار سپاسگزارم.” من دوست دارم چیزهایی بسازم. اما این بدان معنا نیست که من همیشه موفق می شوم. این شخصاً بسیار رضایت بخش است که دیدن این امر تأثیر بگذارد. “

این تیم 6K می گوید فناوری آن همچنین می تواند انواع سرامیک های تخصصی ، پوشش های پیشرفته و مواد نانو مهار شده را ایجاد کند. آنها می گویند که ممکن است برای از بین بردن PFA ها یا “Forever Chemicals” نیز استفاده شود ، هرچند که این کار در مراحل اولیه است.

این شرکت اخیراً کمک هزینه ای برای نشان دادن فرایندی برای بازیافت مواد مهم از انبارهای نظامی برای تولید هوافضا و محصولات دفاعی دریافت کرده است ، و یک جریان ارزش جدیدی را برای این مواد ایجاد می کند که در غیر این صورت رو به وخامت می رود یا به محل دفن زباله می رود. این کار با شعار شرکت سازگار است ، “ما چیزی از زمین نمی گیریم و چیزی را به زمین نمی گذاریم.”

بخش افزودنی این شرکت اخیراً یک کمک هزینه تولید دفاعی 23.4 دلاری دریافت کرده است “که به ما امکان می دهد ظرفیت پردازش را در سه سال آینده دو برابر کنیم.” “مرحله بعدی مقیاس تولید مواد باتری به ده ها هزار تن در سال است. در این مرحله ، این مقیاس از فرآیندهای شناخته شده است و ما فقط باید اجرا کنیم. ایده ایجاد یک اقتصاد دایره ای برای ما نزدیک و عزیز است زیرا به این ترتیب ما این شرکت را ساخته ایم و به این ترتیب ارزش ایجاد می کنیم: پرداختن به نگرانی های امنیت ملی ایالات متحده و محافظت از سیاره. “