پیشگام در آینده استخراج مواد | اخبار MIT

دفعه بعد که پاستا می‌پزید، تصور کنید که اسپاگتی، ریگاتونی و هفت نوع دیگر را با هم می‌پزید و باید قبل از سرو در 10 بشقاب مختلف از هم جدا شوند. یک آبکش می تواند آب را از بین ببرد – اما شما هنوز یک تپه رشته فرنگی مرتب نشده دارید.

حالا تصور کنید که این کار باید برای هزاران تن ماکارونی در روز انجام شود. این به شما ایده ای از مقیاس مشکل پیش روی برندان اسمیت PhD ’18، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل SiTration، استارت آپی که از دپارتمان علوم و مهندسی مواد MIT (DMSE) در سال 2020 تشکیل شده است، می دهد.

SiTration که در اوایل این ماه 11.8 میلیون دلار سرمایه اولیه را به رهبری شرکت سرمایه گذاری خطرپذیر 2150 افزایش داد، انقلابی در استخراج و پالایش مس، کبالت، نیکل، لیتیوم، فلزات گرانبها و سایر مواد حیاتی برای تولید فناوری های انرژی پاک مانند برق ایجاد کرد. موتورها، توربین های بادی و باتری ها. کاربردهای اولیه هدف آن بازیابی مواد از جریان های خوراک معدنی پیچیده، باتری های لیتیوم یون مصرف شده از وسایل نقلیه الکتریکی و فرآیندهای مختلف پالایش فلزات است.

پیشرفت این شرکت در فناوری جدید غشای سیلیکونی نهفته است که می تواند برای بازیابی مؤثر مواد متفاوت تنظیم شود و جایگزینی پایدارتر و اقتصادی تر برای فرآیندهای متداول و فشرده شیمیایی ارائه دهد. به یک آبکش با منافذ قابل تنظیم برای صاف کردن انواع مختلف پاستا فکر کنید. فناوری SiTration مورد توجه بازیگران صنعت، از جمله غول معدن Rio Tinto قرار گرفته است.

برخی از ناظران ممکن است این سوال را مطرح کنند که آیا هدف قرار دادن چنین صنایع مختلف می تواند باعث از دست دادن تمرکز شرکت شود. اسمیت می‌گوید: «اما هنگامی که در این بازارها جستجو می‌کنید، متوجه می‌شوید که در واقع یک همپوشانی قابل‌توجهی در نحوه بازیابی همه این مواد وجود دارد و این امکان را فراهم می‌کند که یک راه‌حل واحد در سراسر عمودی تأثیر بگذارد».

تقویت بازیابی مواد

روش‌های مرسوم استخراج مواد حیاتی در استخراج، پالایش و بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی شامل استفاده زیاد از مواد شیمیایی و گرما است که به محیط زیست آسیب می‌رساند. به طور معمول، سنگ معدن خام از معادن یا باتری های مصرف شده قبل از حل شدن در اسید یا سوزاندن در کوره به ذرات ریز تبدیل می شود. پس از آن، آنها تحت پردازش شیمیایی فشرده برای جداسازی و خالص سازی مواد ارزشمند قرار می گیرند.

اسمیت می‌گوید: «برای تولید یک تن ماده حیاتی بازیافت شده از معدن یا بازیافت باتری، به ۱۰ تن ورودی شیمیایی نیاز است. اپراتورها سپس می توانند مواد بازیابی شده را دوباره به زنجیره تامین بفروشند، اما از نوسانات گسترده در سودآوری به دلیل قیمت های نامشخص بازار رنج می برند. قیمت‌های لیتیوم بی‌ثبات‌ترین قیمت‌ها بوده‌اند و قبل از اینکه در دو سال گذشته به سطح اولیه خود بازگردند، بیش از 400 درصد افزایش یافته است. علیرغم اقتصاد ضعیف و تأثیر منفی زیست محیطی، این فرآیندها امروزه به عنوان پیشرفته ترین روش ها باقی مانده اند.

در مقابل، SiTration فرآیند بازیابی مواد حیاتی را برق می بخشد، کارایی را بهبود می بخشد، ضایعات شیمیایی کمتری تولید می کند و استفاده از مواد شیمیایی و گرما را کاهش می دهد. علاوه بر این، فناوری پردازش این شرکت به گونه ای ساخته شده است که سازگاری بالایی داشته باشد، بنابراین می تواند انواع مواد را مدیریت کند.

فناوری هسته بر اساس کار انجام شده در MIT برای توسعه نوع جدیدی از غشای ساخته شده از سیلیکون است که به اندازه کافی بادوام است تا در مقابل مواد شیمیایی خشن و دماهای بالا مقاومت کند در حالی که جریان الکتریسیته را هدایت می کند. همچنین بسیار قابل تنظیم است، به این معنی که می توان آن را تغییر داد یا تنظیم کرد تا با شرایط مختلف مطابقت داشته باشد یا مواد خاصی را هدف قرار دهد.

فن آوری SiTration همچنین شامل استخراج الکترونی است، تکنیکی که از الکتروشیمی برای جداسازی و استخراج بیشتر مواد هدف خاص استفاده می کند. اسمیت می‌گوید این ترکیب قدرتمند روش‌ها در یک سیستم واحد، آن را در جداسازی و بازیابی مواد ارزشمند کارآمدتر و مؤثرتر می‌کند. بنابراین بسته به آنچه که باید جدا یا استخراج شود، فرآیندهای فیلتراسیون و استخراج الکتریکی مطابق با آن تنظیم می شوند.

ما می‌توانیم غشاهایی با اندازه منافذ از مقیاس مولکولی تا قطر موی انسان و هر چیزی در این بین تولید کنیم. اسمیت می‌گوید که همراه با توانایی الکتریکی کردن غشاء و جداسازی بر اساس خواص الکتروشیمیایی یک ماده، این قابلیت تنظیم به ما اجازه می‌دهد تا مجموعه وسیعی از عملیات‌ها و کاربردهای جداسازی مختلف را در زمینه‌های صنعتی هدف قرار دهیم.

دسترسی کارآمد به موادی مانند لیتیوم، کبالت و مس – و فلزات گرانبها مانند پلاتین، طلا، نقره، پالادیوم و عناصر کمیاب – کلیدی برای باز کردن قفل نوآوری در تجارت و پایداری است زیرا جهان به سمت برق‌سازی و دور شدن از سوخت‌های فسیلی می‌رود. .

پروفسور جفری گروسمن، یکی از بنیانگذاران و دانشمند ارشد SiTration و مورتون و کلر گولدر و پروفسور خانواده در سیستم های محیطی در DMSE می گوید: «این دورانی است که مواد جدید حیاتی هستند. برای بسیاری از فناوری‌ها، آنها هم گلوگاه و هم فرصت هستند و پتانسیل فوق‌العاده‌ای را برای پیشرفت‌های غیر افزایشی ارائه می‌دهند. و نقش آنها در تجاری سازی و کارآفرینی قابل اغراق نیست.

مرز تجاری SiTration

اسمیت در سال 2013 به عنوان دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی گروسمن DMSE که بر طراحی مواد غشایی جدید برای طیف وسیعی از کاربردها تمرکز کرده است، به فناوری جداسازی علاقه مند شد. این دو کنجکاوی در مورد جداسازی مواد حیاتی و تمایل به پیشرفت فناوری داشتند. اسمیت پس از سال‌ها مطالعه زیر نظر گروسمن و با حمایت چندین مرکز رشد و بنیاد MIT از جمله مرکز نوآوری فن‌آوری Deshpande، Fellowship Kavanaugh، MIT Sandbox و Venture Mentoring Service، آماده شد تا به طور رسمی SiTration را در سال 2020 تشکیل دهد. گروسمن دارای یک در هیئت مدیره حضور دارد و به عنوان مشاور استراتژیک و فنی نقش فعالی دارد.

Grossman در چندین spinoff MIT شرکت دارد و از الزامات مختلف تحقیق در مقابل تجاری سازی استقبال می کند. در SiTration، ما این فناوری را به سمت کار در مقیاس سوق می دهیم. چیز فوق العاده هیجان انگیزی در مورد آن هدف وجود دارد،” او می گوید. چالش‌هایی که با مقیاس‌پذیری به وجود می‌آیند با چالش‌هایی که در آزمایشگاه دانشگاه وجود دارد بسیار متفاوت است. در عین حال، اگرچه هر پیشرفت تحقیقاتی به یک محصول تجاری تبدیل نمی‌شود، اما جستجوی دانش مبتنی بر کنجکاوی، ارزش حیاتی خود را دارد.

برای گروسمن دیدن دانش‌آموز و همکار با استعداد خود که مهارت‌های دیگری را در مورد نقش مدیر عامل شرکت می‌کند، بسیار لذت بخش بوده است. ورود به بازار و صحبت در مورد فن آوری با شرکای بالقوه، گرد هم آوردن یک تیم پویا، کشف چالش های پیش روی صنعت، افزایش پشتیبانی، در اوایل – این موارد به مهم ترین فعالیت ها در دستور کار اسمیت تبدیل شدند.

«آنچه برای من در مورد مدیر عاملی یک استارت‌آپ در مراحل اولیه بسیار سرگرم‌کننده است این است که 100 عامل مختلف وجود دارد که بیشتر مردم محور هستند، که باید هر روز در آنها پیمایش کنید. هر ذینفع انگیزه ها و اهداف متفاوتی دارد. اسمیت می‌گوید: و شما اساساً سعی می‌کنید همه اینها را با هم تطبیق دهید، تا برای شرکا و مشتریان، شرکت و جامعه ارزش ایجاد کنید. “شما فقط با یک ایده شروع می کنید، و باید به استفاده از آن ادامه دهید تا محصولی ملموس تر و بیشتر شکل دهید، روابط تجاری را چند برابر کنید و پیشرفت کنید، و همه این کارها را در مقیاسی در حال گسترش انجام دهید.”

DNA MIT در اعماق این شرکت 9 نفره قرار دارد، با فارغ التحصیل DMSE و دانشجوی سابق گروسمن، جاتین پاتیل به عنوان مدیر محصول. احمد هلال، از دپارتمان مهندسی مکانیک MIT، به عنوان معاون تحقیق و توسعه؛ دانیل برگانته، از گروه شیمی، به عنوان معاون فناوری؛ و سارا ملوین، از گروه های فیزیک و علوم سیاسی، به عنوان معاون استراتژی و عملیات. ملوین اولین استخدامی است که به توسعه تجارت اختصاص داده شده است. اسمیت قصد دارد به گسترش تیم پس از بسته شدن دور اولیه شرکت ادامه دهد.

اتحادهای استراتژیک

اسمیت می‌گوید که یک ارتباط‌گر خوب برای تأمین بودجه مهم بود. SiTration در سال 2022 به عنوان سرمایه اولیه 2.35 میلیون دلاری به رهبری Azolla Ventures دریافت کرد که 239 میلیون دلار سرمایه سرمایه گذاری خود را برای استارتاپ هایی که در غیر این صورت به راحتی نمی توانند بودجه دریافت کنند، ذخیره می کند. متیو نوردان، شریک عمومی Azolla و اکنون عضو هیئت مدیره SiTration می‌گوید: «ما فقط در مناطق راه‌حلی سرمایه‌گذاری می‌کنیم که می‌توانند تا سال 2050 به تأثیر آب و هوا در مقیاس گیگاتون دست یابند. صندوق E14 وابسته به MIT نیز به دور پیش از تخم گذاری کمک کرد. آزولا و E14 هر دو در دور اخیر بودجه بذر شرکت کردند.

نوردان می‌گوید: «برندان توانایی خارق‌العاده‌ای برای تبدیل شدن از یک دانشمند متفکر به یک رهبر تجاری و متفکری که در تعامل با مشتریان و استخدام یک تیم متعادل و پیمایش در بازارهای دشوار بسیار بالاتر از وزن خود است، نشان داد.

یکی از اولین مشارکت های SiTration با ریوتینتو، یکی از بزرگترین شرکت های معدنی در جهان است. از آنجایی که SiTration در روزهای اولیه خود موارد استفاده های مختلف را ارزیابی می کرد و مواد حیاتی را به عنوان بازار هدف خود شناسایی می کرد، ریوتینتو به دنبال شرکای برای بازیابی فلزات ارزشمند مانند کبالت و مس از پساب تولید شده در معادن بود. این فلزات معمولاً در آب به دام می‌افتند و باعث ایجاد ضایعات مضر و در نتیجه از دست رفتن درآمد می‌شدند.

نیک گوریف، مشاور اصلی تعطیلی معدن، در مصاحبه‌ای گفت: «ما فکر کردیم که این یک چالش بزرگ نوآوری است و آن را در وب‌سایت خود منتشر کردیم تا شرکت‌هایی را که می‌توانند به ما در حل این چالش آب کمک کنند، شریک شوند.» مصاحبه با برنامه ارتباط صنعتی MIT در سال 2023.

در SiTration، ماینینگ هنوز در بازار متمرکز نشده بود، اما اسمیت نمی‌توانست متوجه شود که نیازهای ریوتینتو با آنچه شرکت جوانش ارائه می‌داد همسو است. SiTration پیشنهاد خود را در اوت 2022 ارائه کرد.

گوریف گفت که غشای قابل تنظیم SiTration آن را متمایز می کند. این شرکت‌ها در ژوئن 2023 یک شراکت تجاری ایجاد کردند که SiTration غشای خود را برای مدیریت فاضلاب معدن تنظیم کرد و بازخورد ریوتینتو را برای اصلاح فناوری ترکیب کرد. پس از اجرای آزمایشات با آب از سایت های معدن، SiTration شروع به ساخت یک واحد بازیابی مواد حیاتی در مقیاس کوچک خواهد کرد و به دنبال آن سیستم های در مقیاس بزرگتر تا 100 متر مکعب آب در ساعت را پردازش می کند.

اسمیت می گوید که توسعه فناوری متمرکز SiTration با Rio Tinto آن را در موقعیت خوبی برای رشد بازار آینده قرار می دهد. هر اونس تلاش و منبعی که برای توسعه محصول خود به کار می بریم در جهت ایجاد ارزش در دنیای واقعی است. داشتن یک شریک پیشرو در صنعت که دائماً پیشرفت ما را تأیید می کند یک مزیت فوق العاده است.

زمان زیادی از روزهایی که اسمیت در آزمایشگاه DMSE گروسمن شروع به قلع و قمع سوراخ های ریز در سیلیکون کرد، می گذرد. اکنون، آنها به عنوان شرکای تجاری که در حال افزایش فناوری برای برآورده کردن یک نیاز جهانی هستند، با هم کار می کنند. اشتیاق مشترک آنها برای به کارگیری نوآوری در مواد برای مشکلات سخت به آنها کمک کرده است. گروسمن می‌گوید: «علوم و مهندسی مواد موتوری برای بسیاری از نوآوری‌هایی است که امروزه اتفاق می‌افتد. وقتی به تمام چالش‌هایی که برای انتقال به سیاره‌ای پایدارتر با آن روبرو هستیم نگاه می‌کنید، متوجه می‌شوید که چقدر از این چالش‌ها مربوط به مواد هستند.»