في تطور علمي واعد، تمكن باحثون من مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة شيكاغو من ابتكار تقنية جديدة قد تغيّر مستقبل استخراج الليثيوم، وذلك عبر تطوير غشاء متقدم مصنوع من مادة طينية رخيصة ومتوفرة تسمى الفيرميكوليت.

الغشاء، الذي لا يتجاوز سعر طن مادته الخام 350 دولاراً، أظهر قدرة عالية على تصفية أيونات الليثيوم من المياه المالحة، ما يجعله بديلاً عمليًا ومستدامًا لطرق التعدين التقليدية المعتمدة على الصخور الصلبة أو تبخير البحيرات، والتي تعاني من بطء الإنتاج وارتفاع التكاليف ومخاطر سلاسل التوريد.

قام الفريق بتقشير الفيرميكوليت إلى صفائح ثنائية الأبعاد فائق النحافة، ثم أعاد ترتيبها على شكل مرشح كثيف متعدد الطبقات. ولمنع هذه الصفائح من التفكك في الماء، دعّموها بأعمدة نانوية من أكسيد الألومنيوم، مما خلق بنية قوية شبيهة بجراج السيارات تدعم الاستقرار وتسمح بترشيح الأيونات بدقة بناءً على الحجم والشحنة.

من خلال تعديل شحنة الغشاء السطحية باستخدام أيونات الصوديوم، أصبح الغشاء مشحونًا إيجابيًا، الأمر الذي مكنه من طرد الأيونات الأكثر شحنة مثل المغنيسيوم (+2)، بينما سمح بمرور أيونات الليثيوم (+1) بكفاءة عالية. وتم تعزيز هذا التأثير عبر تضييق المسام باستخدام مزيد من الصوديوم، مما عزز قدرة الغشاء على التقاط الليثيوم من بين عناصر أخرى مشابهة.

هذه التقنية الواعدة تتيح إمكانية استخراج الليثيوم من مصادر كانت غير مستغلة سابقًا مثل مياه البحر والمياه الجوفية المالحة وحتى مياه الصرف الصحي، ما يفتح آفاقًا جديدة لتوفير هذا المعدن الحيوي في صناعة البطاريات والطاقة المتجددة، وفقا لـ”interestingengineering.”.

وقال ينينج ليو، المؤلف الأول للدراسة ومرشح الدكتوراه بجامعة شيكاغو: “بفضل الترشيح الذكي حسب الحجم والشحنة، يمكن لغشائنا أن يستخلص الليثيوم بكفاءة غير مسبوقة. هذه التقنية قادرة على تقليل اعتمادنا على الموردين الأجانب وفتح آفاق لاستغلال احتياطيات لم نكن نعلم بوجودها.”

لا تقتصر تطبيقات الغشاء الطيني المتطور على الليثيوم فقط، بل يمكنه أيضًا المساهمة في استعادة معادن مهمة مثل النيكل والكوبالت والعناصر الأرضية النادرة، بل وحتى إزالة الملوثات من مياه الشرب.

واختتم ليو قائلاً: “نحن في بداية اكتشاف إمكانات هذه المادة الطينية. قد تصبح جزءًا أساسياً من مستقبل جمع المعادن وتنقية المياه حول العالم.”

وقد نُشرت نتائج هذا البحث الرائد في مجلة Advanced Materials.

ويعد الليثيوم، المعدن الأخف على وجه الأرض، ويشهد طلبًا متزايدًا مع تصاعد الاعتماد العالمي على التكنولوجيا النظيفة.

ويُستخدم الليثيوم بشكل أساسي في صناعة البطاريات القابلة لإعادة الشحن، التي تُشغّل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات الكهربائية. ويُعد عنصرًا أساسيًا في التحول نحو الطاقة المتجددة، حيث تُستخدم بطارياته لتخزين الكهرباء الناتجة عن الشمس والرياح.

إلى جانب ذلك، يدخل الليثيوم في صناعات الزجاج المقاوم للحرارة والسيراميك، ويُستخدم في المجال الطبي لعلاج اضطرابات المزاج. كما تعتمد عليه بعض تطبيقات الفضاء والدفاع والطاقة النووية.

ومع سعي العالم لتقليل الانبعاثات الكربونية، يُتوقع أن يتضاعف الطلب على الليثيوم خلال السنوات القادمة، ما يجعله عنصرًا استراتيجيًا في سباق الطاقة المستدامة.