مياه البحر وفيرة، لكن الكيمياء هي التحدي
يمضي باحثون في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني التابع لوزارة الطاقة الأميركية في تطوير مجموعة من العمليات الهادفة إلى تحويل مياه البحر إلى مصدر أكثر عملية للمواد الحيوية. ويرتكز العمل على حقيقة بسيطة لكنها ذات أثر بالغ: فالمحيطات تحتوي كميات هائلة من العناصر المفيدة، بما في ذلك المغنيسيوم والليثيوم والنيكل ومعادن مجموعة البلاتين والمعادن الأرضية النادرة، لكنها شديدة التخفيف وصعبة الاسترجاع اقتصادياً.
ويبرز هذا الجهد الجديد لأنه لا يعتمد على طريقة استخلاص واحدة. فبدلاً من ذلك، يطوّر المختبر ثلاثة أساليب مترابطة تتعامل مع مياه البحر ليس فقط بوصفها مصدراً معدنياً، بل أيضاً باعتبارها مادة أولية كيميائية لعمليات تعدين أخرى. هذا الإطار الأوسع مهم. فبدلاً من الادعاء بأنه بديل فوري للتعدين التقليدي، يشير المشروع إلى أن مياه البحر قد تدعم سلاسل الإمداد المستقبلية بعدة طرق، من الاسترجاع المباشر إلى المساعدة في المعالجة.
وبحسب المادة المصدر، يقول العلماء المشاركون في العمل إن 0.1% فقط من مياه البحر في العالم تحتوي على ما يكفي من العناصر الحيوية لتلبية احتياجات البشرية من الطاقة لمدة 50 ألف عام. ومن الأفضل فهم هذا الرقم بوصفه تعبيراً عن الحجم لا عن قابلية الاسترجاع الحالية. والسؤال العملي هو ما إذا كان يمكن تنفيذ الاستخلاص بكفاءة وانتقائية وضبط للتكلفة كافية ليصبح ذا أهمية على المستوى الصناعي.
ثلاث طرق نحو الهدف نفسه
تركز الطريقة الأولى على استخلاص مركبات المغنيسيوم مباشرة من مياه البحر. وتقول PNNL إنها تستطيع استخراج هيدروكسيد المغنيسيوم من مياه البحر مع تجاوز عدد من الخطوات الأكثر تعقيداً المستخدمة في الإنتاج التقليدي. ويعد المغنيسيوم مهماً استراتيجياً للسبائك الخفيفة والكيمياء الصناعية واستخدامات التصنيع الأخرى، لذا فإن أي تبسيط في سلسلة الإنتاج قد يكون ذا معنى إذا خفّض التكلفة أو الطلب على الطاقة.
وتستخدم الطريقة الثانية تياراً من المنتجات الثانوية الذي ينمو بالفعل في أنحاء العالم: محلول الرجيع الملحي الناتج عن التحلية. وبدلاً من اعتبار هذا البقايا المركزة نفاية، تحوله العملية إلى أحماض وقواعد. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه المواد الكيميائية كعوامل ترشيح تساعد على استخراج المعادن من الخامات البرية. وبعبارة أخرى، فإن مياه البحر ليست فقط مصدراً للمعادن بحد ذاتها، بل أيضاً وسيلة لإنتاج كواشف قد تحسن من سير عمل التعدين التقليدي.
وتتضمن الطريقة الثالثة الأعشاب البحرية، التي يمكنها أن تتراكم فيها بعض المعادن من مياه البحر والتي ستكون متناثرة إلى حد يصعب معه استخراجها مباشرة. وتكتسب هذه المسار البيولوجي أهمية خاصة لأنه يشير إلى استراتيجية حصاد منخفضة التركيز في الحالات التي قد تكون فيها الفواصل الكهروكيميائية أو الكيميائية البحتة غير فعالة.
وبالنظر إلى هذه المقاربات مجتمعة، يتضح أنها تعكس استراتيجية على مستوى النظام. فإحدى العمليات تستهدف الاسترجاع المباشر، وأخرى ترتقي بتيارات النفايات إلى مواد كيميائية مفيدة، وثالثة تستخدم الأحياء بوصفها جامعاً انتقائياً. وقد يكون هذا المزيج أكثر قدرة على الصمود من الرهان على اختراق واحد فقط.
لماذا يهم هذا للطاقة وسلاسل الإمداد
أصبحت المعادن الحيوية قضية محورية في التحول الطاقي لأنها تدخل في البطاريات والمغناطيسيات والإلكترونيات والمحفزات والأنظمة الصناعية المتقدمة. ويربط النص المصدر هذا البحث بالاحتياجات الطاقية طويلة الأمد، وهو أمر منطقي بالنظر إلى دور هذه المواد في الكهربة وبنية الطاقة النظيفة. وإذا استمر الطلب المستقبلي على المعادن في الارتفاع، فستتعرض الدول والشركات لضغوط لتأمين مصادر توريد أكثر تنوعاً.
وتبدو مياه البحر جذابة تحديداً لأنها ليست نادرة جيولوجياً على النحو الذي تعانيه كثير من الرواسب البرية. فالمحيطات شاسعة وموزعة عالمياً ومترابطة بالفعل مع البنية التحتية الصناعية عبر الموانئ وأنظمة الطاقة الساحلية ومحطات التحلية. وهذا يخلق إمكانية لربط الاستخلاص بالأصول القائمة، خصوصاً حيث تتوفر بالفعل تيارات الرجيع الملحي.
كما يلمح البحث إلى نموذج صناعي أكثر دائرية. فعمليات التحلية تولد محاليل ملحية مركزة قد يصعب التعامل معها بيئياً. وإذا أمكن تحويل هذه المحاليل إلى أحماض وقواعد مفيدة، أو دمجها بطريقة أخرى في استرداد الموارد، فإن جزءاً من مشكلة إدارة النفايات يصبح تياراً داخلاً في معالجة المعادن. وهذا لا يلغي المخاوف البيئية، لكنه قد يحسن الكفاءة المادية لأنظمة المياه والتعدين التي غالباً ما تُعامل بشكل منفصل.
ليست فكرة جديدة، لكنها عادت للواجهة
إن فكرة استعادة المعادن من مياه البحر ليست جديدة بالكامل. ويذكر النص المصدر أن الولايات المتحدة قامت بتعدين المغنيسيوم من مياه البحر لمدة 50 عاماً قبل أن تتحول إلى الاستيراد في تسعينيات القرن الماضي. وهذه المعلومة التاريخية مهمة لأنها تظهر أن الاستخلاص من مياه البحر له سابقة؛ وكانت المشكلة في القدرة التنافسية لا في الجدوى الأساسية.
وما يبدو أنه يتغير الآن هو السياق الاستراتيجي. فالحكومات أصبحت أكثر تركيزاً على أمن المعادن وسلاسل إمداد البطاريات والمرونة الصناعية مما كانت عليه عندما بدا الاعتماد على الاستيراد مقبولاً. كما قد تجعل الأدوات الكهروكيميائية الجديدة وأنظمة الأغشية وطرق معالجة المواد بعض أشكال الاستخلاص أكثر عملية مما كانت عليه في العقود السابقة.
ومع ذلك، لا ينبغي لأحد أن يخلط بين الاسترجاع المخبري وحل مشكلة الإمداد. يوضح النص المصدر أن PNNL استعاد عدداً من المواد المستهدفة باستخدام مياه البحر أو مواد كيميائية تم توليدها منها، لكنه لا يثبت الجدوى التجارية الكاملة. وستتطلب زيادة هذه الطرق على نطاق واسع إثباتات بشأن الإنتاجية واستهلاك الطاقة والمتانة وكفاءة الفصل والتكلفة مقارنة بالتعدين البري وإعادة التدوير.
الاختبار الصناعي الأكبر
قد تكون أقوى حجة لصالح هذا العمل أنه يوسّع قائمة الخيارات بدلاً من أن يعد بثورة واحدة. فقد تخدم استعادة المغنيسيوم المباشرة سوقاً معينة. وقد تدعم الأحماض والقواعد المشتقة من الرجيع الملحي سوقاً أخرى. وقد تكون عملية التراكم القائمة على الأعشاب البحرية مفيدة لمواد أثرية محددة. ومن المرجح أن يتوقف المستقبل التجاري على المكان الذي يناسب فيه كل مسار على أفضل وجه، لا على ما إذا كانت مياه البحر ستصبح فجأة جسماً معدنياً عالمياً.
ومع ذلك، فإن الجاذبية الاستراتيجية واضحة. فإذا أمكن لمياه البحر أن توفر حتى جزءاً متواضعاً من الطلب المستقبلي على المعادن الحيوية، فقد تساعد على تخفيف الضغط على سلاسل الإمداد الهشة وتقليل التعرض للاختناقات الجيوسياسية. وبالنسبة لأنظمة الطاقة التي تعتمد على كميات كبيرة من المواد المتخصصة، فإن وجود بدائل بحد ذاته ذو قيمة.
لذلك، فإن عمل PNNL يستحق الانتباه لا بوصفه وعداً لامعاً بقدر ما هو برنامج بحثي عملي يهدف إلى تنويع الموارد. فالمحيطات تحتوي بالفعل على العناصر. والتحدي الحقيقي هو تطوير طرق استخلاص انتقائية وقابلة للتوسع وذات مصداقية اقتصادية بما يكفي للانتقال من الإمكان العلمي إلى الأهمية الصناعية.
هذه المقالة مبنية على تقرير من New Atlas. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on newatlas.com