استخلاص ليثيوم عالي النقاء من بطاريات أيون الليثيوم المستهلكة باستخدام أغشية النانوفيلتRATION التجارية: تقييم أداء مقارن

لماذا لا تزال البطاريات القديمة مهمة

تغذي ملايين بطاريات أيون الليثيوم هواتفنا وحواسبنا المحمولة وسياراتنا الكهربائية، ومعظمها سينتهي به المطاف في النفايات في نهاية المطاف. ومع ذلك، داخل كل بطارية «ميتة» لا يزال هناك ليثيوم ومعادن قيمة أخرى يمكن إعادة استخدامها بدلاً من استخراجها من الأرض. تستعرض هذه الدراسة نهجاً معتمداً على الترشيح المائي يمكنه استخلاص ليثيوم عالي النقاء من نفايات البطاريات، مما يساعد على تحويل أجهزة الأمس إلى مواد طاقة نظيفة للغد.

من البطاريات المهدرة إلى سائل مفيد

عندما تنتهي حياة بطارية أيون الليثيوم، لا تذهب مباشرة إلى مرشح. أولاً تُعالج أجزاؤها الغنية بالمعادن بأحماض في خطوة تُسمى اللايشينغ (الانحلال الحمضي). ينتج عن ذلك سائل مركز يحتوي على الليثيوم إلى جانب عدة معادن أثقل مثل النيكل والكوبالت والمنغنيز والألمنيوم والحديد. في مصانع إعادة التدوير الحقيقية يكون هذا السائل فوضوياً ومشحوناً بجسيمات دقيقة، لذا أنشأ الباحثون «مستخلصاً تصنعيّاً» أنظف بنفس خليط المعادن المذابة. أتاح لهم ذلك دراسة مدى قدرة المرشحات المختلفة على فصل الليثيوم في ظروف محكومة وواقعية.

استخدام مرشحات ذكية بدلاً من خطوات قاسية

اختبر الفريق أربعة أغشية نانوفيلتراشن جاهزة تجارياً. هذه صفائح رقيقة شبيهة بالبلاستيك مليئة بممرات مائية دقيقة تعمل قليلاً كغربال وقليلاً كحواجز مشحونة كهربائياً. يمر الماء والأيونات الصغيرة ذات الشحنة الأحادية مثل أيونات الليثيوم بسهولة أكبر، بينما تُحبَس أيونات المعادن الأكبر أو متعددة الشحنة إلى حد كبير. قام الباحثون بقياس سمك كل غشاء وخشونته ومدى ملاءمته للماء بدقة، ثم دفعوا السائل الصناعي عبرها في إعداد مخبري مشابه لما يمكن استخدامه في الصناعة. كما تحققوا من كيفية تغير الأغشية بعد الاستخدام، ليتأكدوا من أنها لم تتشقق أو تنهار.

السماح بمرور الليثيوم واحتجاز المعادن الثقيلة

تصرفت الأغشية الأربعة بوجه عام بنفس النمط: الليثيوم، لكونه صغيراً ويحمل شحنة موجبة واحدة فقط، تم رفضه بشكل ضعيف ومرّ في الغالب، بينما المعادن الأثقل ذات الشحنتين أو الثلاث شحنات تم حجبه بقوة. سمح اثنان من الأغشية «الأكثر انفتاحاً» بأكبر قدر من الليثيوم بالمرور، رافضين حوالي خُمسٍ منه فقط، ومع ذلك حَجزوا نحو 80–90% من المعادن متعددة التكافؤ. كانت الأغشية «الأكثر ضيقا» أكثر انتقائية في الاتجاه الآخر: رفضت أكثر من 90% من النيكل والكوبالت والمنغنيز والألمنيوم والحديد، لكنها أوقفت أيضاً حصة أكبر من الليثيوم. عندما تواجدت كل المعادن معاً، أصبح حجب المعادن الثقيلة أقوى بسبب التزاحم الكهربائي عند سطح الغشاء، بينما استمر الليثيوم في التدفق بكميات ملموسة.

تصميم أفضل خليط من المرشحات

من خلال المقارنة المباشرة بين الأغشية الأربعة، بنى الباحثون قاعدة بسيطة لاختيار المرشحات في محطة إعادة التدوير. إذا كان الهدف الرئيسي هو نقل أقصى كمية من الليثيوم إلى السائل النظيف على الجانب الآخر من الغشاء، فالغشاء الأكثر انفتاحاً هو الأنسب، لأنه يقدم مقاومة منخفضة لليثيوم فيما يظل يحتجز معظم المعادن الأثقل. إذا كانت العملية تحتاج إلى تنقية المعادن الثقيلة بأكبر قدر ممكن، فالغشاء الأضيق هو المفضل، حتى لو ضحى ببعض تدفق الليثيوم. كما أظهرت الدراسة كيف تعمل خصائص مثل خشونة السطح وزاوية الاتصال بالماء (مدى سهولة انتشار الماء على السطح) والتكوين الكيميائي معاً للتحكم في أي الأيونات تمر وأيها يبقى وراء.

ماذا يعني هذا للحياة اليومية

للغير متخصصين، الرسالة الأساسية هي أن مرشحات بسيطة ومتاحة تجارياً يمكنها بالفعل المساعدة في تحويل البطاريات المستهلكة إلى مصدر ثانوي موثوق لليثيوم، مما يخفف الضغط على المناجم والبحيرات الملحية الحساسة. باختيار التركيبة المناسبة من الأغشية، يمكن لشركات إعادة التدوير استرداد ليثيوم عالي النقاء للبطاريات الجديدة وفي الوقت نفسه منع دخول المعادن الثقيلة السامة إلى البيئة. بعبارة أخرى، يشير العمل إلى مستقبل تكون فيه بطاريات أجهزتنا جزءاً من حلقة دائرية—تُولد من جديد كبطاريات جديدة بدلاً من أن تنتهي كنفايات خطرة.

الاستشهاد: Alam, M., Bruggen, B.V.d., Ahsan Khan, M. et al. High purity lithium recovery from spent lithium-ion batteries using commercial nanofiltration membranes: a comparative performance assessment. Sci Rep 16, 6129 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36924-1

الكلمات المفتاحية: إعادة تدوير الليثيوم, البطاريات المستهلكة, نانوفيلتراشن, فصل بالأغشية, الاقتصاد الدائري