الاستخلاص المباشر المستدام لليثيوم بدافع الامتصاص المائي

طريقة أسرع وأكثر لطفاً للحصول على الليثيوم

الليثيوم يغذي بطاريات هواتفنا وحواسبنا المحمولة وسياراتنا الكهربائية، لكن استخراجه من الأرض بطيء ومستهلك للمياه والطاقة. تصف هذه الدراسة طريقة جديدة لسحب الليثيوم من النفايات الصلبة المتبقية عن التعدين باستخدام شيء بسيط: رطوبة الهواء الطبيعية. بالنسبة للقراء المهتمين بالطاقة النظيفة ونقص المياه وتأثيرات التعدين، تقدم الدراسة لمحة عن كيفية توسيع إمدادات الليثيوم مع تقليل بصمتها البيئية.

لماذا يأتي الليثيوم اليوم بتكلفة عالية

تعتمد إنتاجية الليثيوم الحديثة في الغالب على مسارين: تبخير المياه المالحة في أحواض واسعة أو تكسير ومعالجة خامات الصخور الصلبة. تبخير المحاليل المالحة رخيص لكنه قد يستغرق أكثر من عام ويستهلك كميات كبيرة من المياه العذبة في مناطق جافة أصلاً. التعدين الصخري أسرع لكنه يتطلب طاقة عالية ويولد نفايات واسعة النطاق. توعد طرق «الاستخلاص المباشر لليثيوم» الناشئة بفصل أنظف باستخدام أغشية أو مواد كيميائية خاصة، لكن هذه الأساليب عادة ما تحتاج إلى كهرباء ومواد كيميائية وتحكم دقيق، مما يجعلها مكلفة للتوسع. التحدي الأساسي هو أن الليثيوم غالباً ما يظهر مصحوباً بأملاح وفيرة تحتوي على الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم والكالسيوم، وفصل هذه النسبة الصغيرة بنقاء ثبت أنه صعب.

ترك حب الليثيوم للماء ليقوم بالعمل

لاحظ الباحثون أن هيدرات كلوريد الليثيوم، وهو ملح يحتوي على الليثيوم وموجود شائعاً في الخبثات المعدنية، لديها ميلاً قوياً لامتصاص الماء من الهواء. عندما تكون الرطوبة المحيطة متواضعة — حوالي 12% إلى 30% — يبدأ هذا المعدن في امتصاص كميات ضئيلة من الرطوبة، وفي النهاية يذوب ليشكل سائلًا بينما تبقى الأملاح المجاورة مثل ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) والأملاح الشائعة للكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم صلبة. من خلال الاحتفاظ بمخاليط هذه المعادن عند رطوبة محكومة بعناية، أظهر الفريق أن بلورات الليثيوم فقط هي التي تذوب، مكوِّنة قطرات من محلول غني بالليثيوم يمكن تصريفها. هذا يعني أن عشوائية بخار الماء المتناثر في الهواء تُستَغَل لدفع خطوة فصل الليثيوم تلقائياً، دون إضافة حرارة أو مواد كيميائية أو مياه.

كيف يعمل عملية التحكم بالرطوبة

لجعل هذا المبدأ عملياً، بنى الفريق حجرة مُتحكَّم بها للرطوبة حيث يُسحَب هواء منخفض الرطوبة عبر طبقة من المعادن المختلطة أو خبث التعدين الحقيقي. أثناء مرور الهواء، يمتص ملح الليثيوم الرطوبة بنهم ويتحول إلى حجم صغير من السائل. ثم يسحب تفريغ لطيف هذا السائل إلى أسفل عبر مرشح، مفصلاً إياه عن الأملاح الشريكة التي لا تزال صلبة. من خلال ضبط سرعة تدفق الهواء الرطب ومدى تكديس سرير المعادن، يمكنهم تسريع امتصاص الرطوبة والتأكد من إزالة السائل الغني بالليثيوم قبل أن يتاح له الوقت لإعادة إذابة أملاح غير مرغوب فيها مجاورة. في ظروف محسّنة، استعادوا حتى 96% من الليثيوم، مركزين إياه إلى نحو 100,000 جزء في المليون — أغنى بكثير من محاليل التغذية الصناعية النموذجية — خلال دقائق إلى ساعات بدلًا من أشهر.

إثبات الجدوى خارج المختبر

بعيداً عن العينات المختلطة بعناية، اختبر الباحثون خبثًا حقيقياً من عملية لليثيوم القائمة على المحاليل الملحية. احتوى هذا المواد على الليثيوم إلى جانب عدة أملاح وشوائب أخرى، شبيهة بما يُخزن في أكوام في مواقع فعلية. في إعدادهم، أعادت ثلاث دورات سريعة للاستخلاص أكثر من 80% من الليثيوم في نحو ساعة، منتجة محاليل أكثر تركيزًا بكثير من تلك المستخدمة في إنتاج كربونات الليثيوم القياسية. كما قلدوا ظروفاً موسمية من صحراء أتاكاما في تشيلي، حيث تعمل العديد من أحواض المحاليل الملحية، مُعدِّلين الرطوبة ودرجة الحرارة وسرعة الرياح إلى قيم واقعية. حتى تحت هذه الظروف الطبيعية المتقلبة، استعادَت العملية باستمرار أكثر من 80% من الليثيوم في نحو ساعة إلى ثلاث ساعات، ما يُظهر أنها يمكن أن تعمل بموثوقية في الميدان.

التوسع باستخدام معدات بسيطة

لاستكشاف النشر في العالم الحقيقي، صمم الفريق وحدة رأسية بسيطة، شبيهة إلى حد ما بعمودٍ مجوف مملوء بالخبث بين جدارين. يُسحَب الهواء الرطب عبر الأملاح المعبأة، ويتشكل السائل الغني بالليثيوم ثم يتقطر إلى جامع في القاعدة. في الاختبارات، عالجت هذه الوحدة عدة كيلوغرامات من الخبث يومياً لكل متر من الارتفاع وأنتجت محاليل ليثيوم عالية التركيز، متفوقة على العديد من تقنيات الاستخلاص القائمة من حيث السرعة وتركيز الناتج. وبما أنها تعتمد على مواد أساسية وظروف محيطة، يمكن إضافة هذا التصميم المعياري إلى مواقع التعدين الحالية أو استخدامه في منشآت مركزية تضبط الهواء بدقة أكبر.

ماذا يعني هذا للبطاريات الأنظف

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أننا نستطيع استغلال عطش الليثيوم الطبيعي للماء لسحبه من نفايات صلبة معقدة بسرعة وباستهلاك طاقة ومياه ومواد كيميائية قليل. بدلاً من بناء المزيد من أحواض التبخر أو المصانع الكيميائية، تتيح هذه المقاربة للغلاف الجوي أن يقوم بمعظم عمل الفصل. بينما يلزم مزيد من الهندسة لتوسيع التكنولوجيا ودمجها مع خطوات التكرير القائمة واختبار أنواع أخرى من المواد الحاملة لليثيوم، يُشير هذا المفهوم إلى إمدادات ليثيوم أكثر استدامة. وهذا بدوره قد يساعد في ضمان أن الانتقال إلى طاقة نظيفة لا يعتمد على ممارسات تعدين تجهد موارد المياه والنُظُم البيئية.

الاستشهاد: Chen, H., Yang, M., Zheng, S. et al. Hygroscopicity-driven spontaneous sustainable direct lithium extraction. Nat Commun 17, 4085 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70720-9

الكلمات المفتاحية: استخلاص الليثيوم, نفايات التعدين, المواد الماصة للرطوبة, خامات البطاريات, تعدين مستدام