نصنع الكثير من بطاريات الليثيوم أيون. أعني، الكثير جدًا. لدرجة أن اقتصاديات سلسلة التوريد أصبحت فعالة لدرجة أنه حتى لو اخترع أحدهم بطارية أفضل غدًا، فستظل تواجه صعوبة في منافستها من حيث السعر. ولكن ماذا لو حدث نقص في الليثيوم؟ هذا هو الشيء الوحيد الذي قد يخلط الأوراق. الليثيوم موجود في كل مكان، لكن الليثيوم الذي يمكنك استخراجه بتكلفة معقولة يوجد غالبًا في المحاليل الملحية في أمريكا الجنوبية. استخراجه من الصخور مكلف ويستهلك طاقة كبيرة - حتى الآن.
في ورقة بحثية نُشرت في عدد اليوم من مجلة Science، قام فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا واثنتين من شركات منطقة بوسطن بابتكار طريقة جديدة لاستخراج الليثيوم من الصخور تستخدم طاقة أقل بكثير، وتجدد موادها الكيميائية الأولية، بل وتنتج منتجات ثانوية قابلة للبيع. لأنه لماذا تحصل على الليثيوم فقط بينما يمكنك أيضًا الحصول على أكسيد الألومنيوم وثاني أكسيد السيليكون؟ إنها مثل بوفيه مفتوح كيميائي.
الطريقة الحالية لاستخراج الليثيوم من السبودومين - وهو سيليكات ألومنيوم الليثيوم وأكثر خامات الليثيوم وفرة - تتضمن تحميص الصخر عند حوالي 1000 درجة مئوية، ثم غمره في حمض الكبريتيك. هذا يترك الكثير من النفايات ويستهلك الكثير من الطاقة. العملية الجديدة تستخدم فلوريد الأمونيوم (NH4F) المذاب في الماء، ويُسخن إلى درجة حرارة مريحة تبلغ 70 درجة مئوية. هذا يخلق أيونات تمنح الفلور للليثيوم، مكونة فلوريد الليثيوم، بينما يشكل السيليكون والألومنيوم مركبات منفصلة يمكن معالجتها إلى مواد مفيدة.
مسار الألومنيوم يتضمن التسخين إلى 300 درجة مئوية ثم 700 درجة مئوية لإنتاج أكسيد الألومنيوم (المستخدم في صناعة معدن الألومنيوم) وإطلاق فلوريد الهيدروجين والأمونيا، والتي يتم إعادة تجميعها لتكوين فلوريد الأمونيوم الأصلي. إنها خدعة إعادة تدوير كيميائية أنيقة، مع أننا يجب أن نلاحظ أن فلوريد الهيدروجين شديد الخطورة. مسار السيليكون أبسط: أضف المزيد من الأمونيا للحصول على ثاني أكسيد السيليكون، والذي يمكن أن يقوي الخرسانة. يمكن استخدام فلوريد الليثيوم إما مباشرة في صناعة إلكتروليت البطارية أو تحويله إلى أكسيد الليثيوم لاستخدامات أخرى.
قام الباحثون بحساب الأرقام: طريقة التحميص القديمة تكلف أقل بقليل من 9000 دولار للطن من الليثيوم. عمليتهم الجديدة؟ حوالي 5000 دولار للطن - مماثلة لاستخراج المحاليل الملحية الرخيص. وإذا قمت ببيع المنتجات الثانوية من الألومنيوم والسيليكون، ينخفض السعر بأكثر من 1000 دولار. بالطبع، الأسعار في العالم الحقيقي تتقلب، وتغيير العمليات يتطلب معدات جديدة. لكن مهلاً، في عالم لا يستطيع التوقف عن صنع البطاريات، من الجيد أن يكون لديك خيارات. بالإضافة إلى ذلك، من الممتع دائمًا مشاهدة الكيميائيين يعيدون التفكير في العمليات الصناعية التي تعود إلى قرن مضى.