كشف علماء أميركيون النقاب عن تقنية جديدة أكثر أمانًا وموثوقية في استخلاص الكوبالت؛ ما يُسهم في تعزيز الإمدادات العالمية من هذا المعدن الحيوي دون آثار ضارة في البيئة والمناخ، وفق متابعات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

ويعتمد العلماء في تقنيتهم على عملية كيميائية لفصل الكوبالت عن النيكل عبر الترسيب، مستغلين الفروقات في كثافة الشُحنة وطريقة ارتباط الأمونيا بعنصري الكوبالت والنيكل.

فعبر إدخال جزيء معين مشحون شحنة سلبية، يترسب الكوبالت على شكل مادة صلبة، بينما يظل النيكل مذابًا.

وبالإضافة إلى كون تلك التقنية مستدامة وفاعلة من حيث التكلفة، فإنها تُسهم كذلك في خفض انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري عبر التخلص من المذيبات الخطيرة والمركبات العضوية المتطايرة.

مخاوف بيئية

مع تصاعد الطلب على بطاريات الليثيوم أيون نتيجة انتشار الهواتف الخلوية والسيارات الكهربائية، بل وحتى أجهزة تنظيم ضربات القلب، تواجه المكونات الرئيسة في تلك الأجهزة -مثل الكوبالت- مخاوف بيئية وأخلاقية شديدة تتعلق باستخلاصها.

لكن أستاذ الكيمياء في جامعة بنسلفانيا إريك شيلتر، وزملاءه، تمكنوا من تطوير تقنية آمنة وأكثر استدامة لاستخلاص الكوبالت وغيره من العناصر الحيوية التي لا غنى عنها للتقنيات العاملة بالبطاريات، وفق ما نشرته منصة ساينس ديلي (Science Daily).

وقال شيلتر إن تعدين الكوبالت في جمهورية الكونغو الديمقراطية المسؤولة عن تزويد قرابة 70% من الكوبالت عالميًا، يثير مخاوف نتيجة الآثار البيئية وظروف العمل غير الآمنة.

وأوضح أن تعدين الكوبالت واسع النطاق يضر النظم البيئية، ويلوث إمدادات المياه، بل وقد تستمر آثاره البيئية إلى الأبد، مشيرًا إلى أن نقص إمدادات الكوبالت تهدّد بتقييد سلاسل الإمدادات العالمية مع استمرار الطلب على تقنيات البطاريات في النمو.

ولمواجهة تلك القضايا الملحّة، كثّف شيلتر وفريق البحث التابع له جهودهم لاستكشاف إمكان فصل المعادن المهمة -مثل النيكل والكوبالت- لتصنيع البطاريات.

استخلاص الكوبالت

في ورقة بحثية نُشِرت في دورية كيم (Chem)، طرح شيلتر ورفاقه، بالتعاون مع باحثين من جامعة نورث وسترن الأميركية، تقنية مبتكرة وفاعلة من حيث التكلفة وأكثر استدامة لاستخلاص الكوبالت من المواد التي ينتهي بها الحال -عادةً- في مكبات النفايات.

وتعزّز تلك التقنية قدرات إعادة التدوير الخاصة بمعادن البطاريات، كما أنها تُسهم في الحد من الآثار البيئية الضارة، ومن ثم تمهد الطريق أمام نهج مسؤول لاستغلال الموارد في صناعة البطاريات.

وقال أستاذ الكيمياء في جامعة بنسلفانيا إريك شيلتر: "إن الكيمياء التي اعتمدت عليها تقنيتنا جاذبة وبسيطة وتعمل بشكل جيد، وتفصل النيكل عن الكوبالت بكفاءة، متغلبة بذلك على واحدة من مشكلات الفصل الأكثر تحديًا في هذا الخصوص".

وأضاف شيلتر: "تقدم تلك التقنية فائدتين جوهريتين، وهما: تعزيز القدرة على إنتاج الكوبالت النقي من عمليات التعدين مع ضمان الحد الأدنى من الأضرار البيئية المحتملة، ومعالجة المواد الكيميائية القاسية المُستعملة في عمليات التنقية التقليدية، ومن ثم إيجاد قيمة للبطاريات المهمَلة عبر توفير طريقة فاعلة لفصل النيكل والكوبالت".

آلية التقنية

يقول الباحثون إن الكوبالت غالبًا ما يُستخلص بصفته منتجًا ثانويًا لعمليات تعدين النيكل عبر طرق المعالجة المعدنية المائية مثل الاستخلاص بالحامض والاستخلاص بالمذيبات، التي تفصل الكوبالت والنيكل عن الخامات، وتستهلك تلك الطريقة كميات هائلة من الطاقة، وتنتُج عنها نفايات خطرة كثيرة.

أما طريقة استخلاص الكوبالت المطورة بوساطة شيلتر وفريقه البحثي فتعتمد على عملية فصل كيميائية تستغل الفروقات في كثافة الشحنة وخصائص ارتباط الأمونيا بعنصري الكوبالت والنيكل.

وفي هذا الصدد يقول شيلتر: "وجدنا ظروفًا ترتبط فيها الأمونيا، وهي بسيطة وغير مرتفعة الثمن نسبيًا، بطرق مختلفة بعنصري الكوبالت والنيكل"، وفق تصريحات رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

وعبر إدخال جزيء مشحون شحنة سلبية مثل الكربونات، يترسب الكوبالت خارج المحلول، بينما يبقى النيكل مذابًا فيه.

وبعد الترسب تُفصَل المادة الصلبة الغنية بالكوبالت عبر الترشيح، وتُغسَل بالأمونيا ثم تُجفف، أما المحلول المتبقي الذي يحتوي على النيكل فيمكن معالجته لاحقًا بشكل منفصل.

تطبيق عملي

أقدم فريق البحث بقيادة مارتا غورون على تقييم التطبيق العملي لطريقة استخلاص الكوبالت المبتكرة، عبر إجراء تحليل تقني اقتصادي إلى جانب تقييم دورة الحياة.

وأظهرت نتائج الدراسة أن تكلفة إنتاج الكوبالت النقي تصل إلى 1.05 دولارًا أميركيًا لكل غرام، وهو ما يقل كثيرًا عن سعر إنتاج غرام الكوبالت من عمليات الفصل التقليدية المستعمَلة حاليًا والبالغة قيمتها 2.37 دولارًا أميركيًا.

وبهذا الخصوص قال إريك شيلتر: "ركّزنا على تقليل التكاليف الكيميائية مع استعمال الكواشف الكيميائية المتاحة بسهولة؛ ما يجعل طريقة استخلاص الكوبالت المطورة بوساطتنا تنافسية جدًا بفضل التقنيات الحالية".

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:
1.استخلاص الكوبالت من المواد المعاد تدويرها بطريقة آمنة ومستدامة من ساينس ديلي.