در قلب آمریکا، طنین جوی طلا هنوز شنیده می‌شود. اما امروز نوع دیگری از جست‌وجو در جریان است: هجوم برای لیتیوم.
با افزایش نیاز جهان به انرژی‌های تجدیدپذیر و افزایش استفاده از خودروهای برقی، تقاضا برای لیتیوم به شدت بالا رفته و زمین‌شناسان را وادار کرده تا برای یافتن این عنصر ارزشمند به رقابتی نفس‌گیر بپردازند.
گنجی غیرمنتظره
در تابستان گرم سال ۲۰۲۳، گروهی از محققان که توسط یک شرکت معدنی تأمین مالی شده بودند، شاید بزرگ‌ترین ذخیره لیتیوم را کشف کردند که در یک ابرآتشفشان باستانی در مرز بین ایالت‌های نوادا و اورگان قرار دارد.
اخیراً، یک ذخیره غیرمنتظره دیگر از لیتیوم در سمت دیگر ایالات متحده پیدا شد؛ جایی که هیچ‌کس انتظارش را نداشت: فاضلاب صنعت شکست هیدرولیکی (فرکینگ) گاز در ایالت پنسیلوانیا.
این اکتشاف شاید چندان جذاب به نظر نرسد، اما واقعیت این است که این منبع می‌تواند تقریباً نیمی از نیاز لیتیوم آمریکا را تأمین کند.
چرا باید به لیتیوم اهمیت بدهیم؟
لیتیوم ستاره درخشان در گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر است و عنصری حیاتی برای بسیاری از نوآوری‌های فناورانه به شمار می‌رود، به‌ویژه در تلاش‌های جهانی برای رسیدن به کربن خنثی.
با حرکت جهان به سمت انرژی‌های سبز و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، لیتیوم در خط مقدم انقلاب انرژی پاک قرار دارد.
اما در حال حاضر، ایالات متحده فقط یک معدن بزرگ لیتیوم دارد و به شدت به واردات این ماده وابسته است. کشف این ذخایر جدید می‌تواند تغییری بزرگ ایجاد کند.
نقش کلیدی لیتیوم در باتری‌ها
شهرت اصلی لیتیوم به دلیل نقش آن در باتری‌های قابل شارژ است؛ باتری‌هایی که همه چیز از گوشی‌های هوشمند گرفته تا خودروهای برقی (EV) و حتی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر را تأمین می‌کنند.
- خودروهای برقی که روزبه‌روز رایج‌تر می‌شوند، به باتری‌های لیتیوم-یونی نیاز دارند تا انرژی را به‌صورت کارآمد ذخیره کنند.
- همچنین منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید به باتری‌ها نیاز دارند تا انرژی را برای زمان‌هایی که خورشید نمی‌تابد یا باد نمی‌وزد، ذخیره کنند.
تأمین پایدار لیتیوم برای حفظ استقلال انرژی آمریکا و دستیابی به اهداف اقلیمی‌اش کلیدی است.
بیشتر منابع جهانی لیتیوم از کشورهایی مانند استرالیا، شیلی و چین تأمین می‌شود که این وابستگی، آمریکا را در زنجیره تأمین آسیب‌پذیر می‌کند.
جاه‌طلبی داخلی برای تولید لیتیوم
وزارت انرژی ایالات متحده قصد دارد این شرایط را تغییر دهد. هدف آن‌ها این است که تا سال ۲۰۳۰، تمام لیتیوم مورد نیاز ایالات متحده به صورت داخلی تولید شود.
البته، این جاه‌طلبی برای توسعه صنعت ملی لیتیوم بدون جنجال نیست.
- نگرانی‌هایی درباره تأثیرات زیست‌محیطی استخراج معادن، نشت‌های احتمالی مواد شیمیایی و تجاوز به زمین‌های مقدس بومیان وجود دارد.
- با این حال، نمی‌توان انکار کرد که باتری‌های لیتیوم-یونی نویدبخش گذار به استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر هستند.
گذشته آتشفشانی پنسیلوانیا
پنسیلوانیا راز باستانی را در زیر سطح خود پنهان کرده است. این ایالت بر روی تشکیل سنگی مارسلوس شیل قرار دارد، سازندی رسوبی که سرشار از گاز طبیعی است.
این سازند حدود ۴۰۰ میلیون سال پیش به دلیل فعالیت‌های آتشفشانی شکل گرفته و این رویداد زمین‌شناختی منجر به رسوب ذخایر عظیم لیتیوم از خاکستر آتشفشانی شده است.
ارتباط لیتیوم با فرکینگ
پنسیلوانیا به دلیل موقعیت جغرافیایی‌اش، ایالتی پیشرو در فرکینگ است؛ فعالیتی که نگرانی‌های زیست‌محیطی و بهداشتی متعددی به همراه دارد.
- فرکینگ شامل حفاری به شکل L به سمت اعماق زمین و تزریق آب برای بالا آوردن گاز و سایر مواد است.
- با این حال، به گفته جاستین مکی، نویسنده اصلی مطالعه، فاضلاب حاصل از نفت و گاز اکنون به یک مسئله نوظهور تبدیل شده است.
- «در حال حاضر، این فاضلاب به‌صورت حداقلی تصفیه و مجدداً به زیرزمین تزریق می‌شود.»
اهمیت این کشف
تحقیقات نشان می‌دهد که اگر ذخایر لیتیوم موجود در فاضلاب فرکینگ به‌درستی اندازه‌گیری و استخراج شود، می‌تواند استفاده‌ای مفید و جایگزین برای این ضایعات باشد.
طبق یافته‌ها، مارسلوس شیل ظرفیت تأمین مقادیر قابل توجهی لیتیوم را برای آینده دارد، البته به شرط ادامه فعالیت‌های فرکینگ.
اگر محققان بتوانند حتی مقدار کمی از لیتیوم را از این فاضلاب استخراج کنند، می‌تواند بیش از ۳۰ درصد نیاز فعلی ایالات متحده را تأمین کند.
همزیستی نوآوری و محیط زیست
در حالی که کشف لیتیوم در فاضلاب فرکینگ پنسیلوانیا راهی امیدوارکننده برای کاهش وابستگی به واردات ارائه می‌دهد، استخراج این منبع ارزشمند اصلاً کار ساده‌ای نیست.
- فناوری‌های فعلی استخراج لیتیوم، مانند استخراج مستقیم لیتیوم (DLE)، انرژی‌بر هستند و نیاز به حجم زیادی آب دارند که می‌تواند مسائل زیست‌محیطی را تشدید کند.
- فرآیندهای شیمیایی مرتبط نیز می‌توانند در صورت مدیریت نادرست، برای کیفیت آب‌های زیرزمینی خطرناک باشند.
حامیان محیط زیست نگران پیامدهای احتمالی این فرایند هستند. فرکینگ به خودی خود باعث نگرانی‌هایی در مورد آلودگی آب و فعالیت‌های لرزه‌ای شده و اضافه شدن استخراج لیتیوم ممکن است این خطرات را افزایش دهد.
با این حال، محققان در حال بررسی روش‌های پایدارتری هستند که می‌تواند این تأثیرات را کاهش دهد؛ مانند استفاده از نانوتکنولوژی و سیستم‌های فیلتراسیون پیشرفته.
چالش‌های مقیاس‌پذیری
مکی و تیمش در حال کار روی بهبود فرآیند استخراج هستند، اما سوالاتی در مورد مقیاس‌پذیری این روش‌ها وجود دارد.
- آیا این روش‌ها می‌توانند در مقیاسی بزرگ و بدون آسیب جدی به محیط‌زیست نیاز فزاینده را تأمین کنند؟
سیاست‌گذاران و رهبران صنعت باید این تعادل ظریف را مدیریت کنند تا اطمینان حاصل شود که نوآوری به قیمت از دست دادن یکپارچگی زیست‌محیطی تمام نشود.
این مطالعه به طور کامل در مجله Scientific Reports منتشر شده است.
