دانشمندان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) ایالات متحده آمریکا در حال همکاری با سرمایه گذاران بزرگ صنعت برای آزمایش روشی هستند که از نانوذرات مغناطیسی برای استخراج مواد معدنی مهم مانند لیتیوم از منابع مختلف آب استفاده می کند.
کیمیاگران قرن‌ها پیش ایده استخراج طلا از فلزات ارزان قیمت دیگر از جمله سرب، با اعمال برخی روش‌های کم هزینه را مطرح کردند، اما این رویا هیچگاه محقق نشد. به نظر نمی رسد این ایده هنوز طرفداری داشته باشد، اما ماهیت خود این ایده، یعنی استخراج مواد ارزشمند از منابع در دسترس و کم هزینه، کماکان علاقمندان خاص خود را دارد. از جمله این منابع جذاب و در دسترس، آب است که ما دهه هاست از آن برای تولید انرژی استفاده می کنیم، اما یک ایده جذاب می‌گوید که ما از آب می توانیم برخی از فلزات مورد استفاده خود از جمله لیتیوم را با هزینه بسیار پایین‌تر استخراج کنیم.
لیتیوم یک عنصر ضروری در بسیاری از فناوری‌های الکترونیکی و انرژی است. از جمله استفاده‌های ما از این فلز در باتری‌های لیتیوم یون سبک وزن است که انرژی همه چیز از تلفن‌های همراه گرفته تا خودرو‌های الکتریکی را تامین می‌کنند. پیش بینی می شود که بازار جهانی لیتیوم تا سال ۲۰۲۸ به ۸.۲ میلیارد دلار برسد، اما استخراج این فلز امری هزینه بر و البته محدود است، زیرا گسترش منابع معدنی آن بسیار پراکنده است.
اکنون فناوری در انتظار ثبت اختراع PNNL به طور بالقوه به ایالات متحده فرصتی برای تولید بیشتر لیتیوم و سایر مواد حیاتی خود می دهد. همچنین این ابتکار روشی بسیار سریعتر و کم هزینه تر برای استخراج این فلز ارزشمند و کاربردی ارائه می‌دهد. آزمایشگاه PNNL در حال توسعه نانوذرات مغناطیسی است که توسط یک پوسته جاذب احاطه شده که می تواند روی لیتیوم و سایر فلزات موجود در آب با فرآیند‌های مختلف صنعتی بچسبد. نکته جالب توجه در این فناوری این است که این روش را می توان روی انواع مختلف منابع آبی بکار گرفت.
این منابع می‌تواند شامل آب نیروگاه‌های زمین گرمایی، معروف به آب نمک زمین گرمایی، یا آب بیرون کشیده شده از زیرسطح در طول تولید نفت یا گاز باشد. این ذرات همچنین می توانند در پساب‌های کارخانه‌های نمک زدایی یا حتی مستقیماً از آب دریا استفاده شوند. هنگامی که ذرات ریز و بر پایه آهن به آب اضافه می‌شوند، لیتیوم از آب بیرون کشیده شده و به آن‌ها متصل می شود. سپس، با کمک یک آهنربا، نانوذرات را می توان در عرض چند دقیقه با لیتیوم جمع‌آوری کرد. به عبارت دیگر، این مواد دیگر در مایع معلق نیست و برای استخراج آسان آماده است. پس از استخراج لیتیوم، می‌توان دوباره از نانوذرات شارژ شده استفاده کرد.
این فناوری جایگزین امیدوارکننده‌ای برای روش‌های استخراج مرسوم است که آب‌های زیرزمینی را به حوضچه‌های بزرگ و پرهزینه در حال تبخیر پمپ می‌کند. این فرآیند‌ها ممکن است ماه‌ها یا حتی سال‌ها طول بکشد و بر مدیریت آب‌های زیرزمینی در مناطق خشک که عمدتاً در آنجا مستقر هستند تأثیر بگذارد. در واقع، روش‌های امروزی کمی شبیه به انتظار تبخیر آب از یک پارچ لیموناد به امید بازگشت مخلوط پودری است که قرار است در ته پارچ باقی بماند. اگر این فناوری در نیروگاه‌های زمین گرمایی به کار گرفته شود، ارزش لیتیوم بازیافتی به طور بالقوه می تواند مقرون به صرفه بودن این شکل از انرژی تجدید پذیر را افزایش دهد که از آب برای جذب گرمای زیر سطح زمین و سپس تبدیل آن به برق استفاده می‌کند.
آزمایشگاه PNNL در حال توسعه بیشتر این فناوری با همکاری شرکت Moselle Technologies است که مجوز آن را صادر کرده و قصد دارد آن را در چندین مکان آزمایش کند. این تلاش و فعالیت‌های بعدی نمونه‌های خوبی از نحوه همکاری آزمایشگاه‌های علمی با نهاد‌های تجاری برای انتقال تحقیقات آزمایشگاهی به راه‌حل‌های دنیای واقعی است. به عنوان مثال، محققان PNNL در حال انجام آزمایش‌های طولانی مدت سیستم جداکننده مغناطیسی برای استفاده بالقوه با فرآیند‌های استخراج نفت و گاز هستند که می تواند یک جریان درآمد اضافی برای جبران هزینه‌های تولید ایجاد کند
علاوه بر موزل، آن‌ها با شرکای تجاری دیگر برای ارزیابی استفاده از این فناوری برای منابع لیتیوم خود در نوادا و کانادا همکاری می‌کنند. در نهایت، با توجه به مجموعه‌ای متفاوت از کاربردها، محققان PNNL پوسته نانوذره را سفارشی می‌کنند تا به طور خاص سایر عناصر و مواد معدنی مهم تجاری و استراتژیک مورد استفاده در فناوری‌های انرژی، دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی، الکترونیک و موارد دیگر را مورد هدف قرار دهند. به عنوان مثال، آن‌ها با Moselle و Geo۴۰ برای کشف امکان استخراج سزیم و آنتیموان از آب نمک‌های زمین گرمایی در یک کارخانه زمین گرمایی در نیوزیلند همکاری می کنند.
اگرچه هیچ یک از این تلاش‌ها قرار نیست جادویی را در برابر چشمان ما نمایش دهد، اما قطعاً نتیجه‌ای بهتر از کیمیاگران در اختیار ما قرار می دهد. رویکرد جدید PNNL واقعاً قابل توجه است، زیرا نوید استخراج مواد معدنی حیاتی را به شیوه‌ای سریع و مقرون به صرفه ارائه می دهد. شاید نتیجه این فناوری طلا نباشد، اما نوآوری‌هایی مانند این ممکن است ارزش طلا را داشته باشد.