अपशिष्ट से मूल्य में एक सफलता
राइस विश्वविद्यालय के रसायनविदों ने एक उल्लेखनीय प्रक्रिया का प्रदर्शन किया है जो जहरीले PFAS यौगिकों को नष्ट करते हुए साथ ही खारे पानी से बैटरी-ग्रेड लिथियम निकालता है, जो पर्यावरण की दो सबसे बड़ी चुनौतियों को एक ही चरण में संबोधित करता है। Nature Water में प्रकाशित यह शोध, खतरनाक अपशिष्ट उपचार और लिथियम आपूर्ति श्रृंखला दोनों को फिर से आकार दे सकता है।
रसायनविद James Tour और शोधकर्ता Yi Cheng द्वारा नेतृत्व में किया गया दल, एक विधि विकसित किया है जो खर्च किए गए सक्रिय कार्बन का उपयोग करता है — जो प्रदूषित पानी और अग्निशमन फोम से PFAS को फ़िल्टर करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री — फ्लोरीन परमाणुओं के स्रोत के रूप में। आमतौर पर, यह संतृप्त कार्बन एक बार क्षमता तक पहुंचने के बाद खतरनाक अपशिष्ट के रूप में माना जाता है। राइस के शोधकर्ताओं ने इसे एक अप्रयुक्त संसाधन के रूप में देखा।
Flash Joule Heating कैसे काम करता है
यह प्रक्रिया Flash Joule Heating पर केंद्रित है, एक ऐसी तकनीक जिसे Tour के प्रयोगशाला में विकसित किया गया था जो सामग्रियों के माध्यम से उच्च-ऊर्जा विद्युत नाड़ी भेजता है, तापमान को मिलीसेकंड में 1,000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तक ले जाता है। जब PFAS-लादेन सक्रिय कार्बन को उच्च-लवणता खारे पानी के साथ मिलाया जाता है और इन नाड़ियों के संपर्क में आता है, तो तीव्र गर्मी कार्बन-फ्लोरीन बांड को तोड़ देती है जो PFAS को पर्यावरण में बनी रहती है।
एक बार मुक्त होने के बाद, मुक्त फ्लोरीन परमाणु खारे पानी में मौजूद लिथियम कैशन के साथ बंधते हैं, जिससे लिथियम फ्लोराइड बनता है। शोधकर्ताओं ने फिर 1,676 और 2,260 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर एक दूसरे flash heating चरण को लागू किया, जहां भारी अशुद्धियाँ जैसे कि मैग्नीशियम और कैल्शियम फ्लोराइड ठोस चरण में रहती हैं, लिथियम फ्लोराइड को चयनात्मक रूप से वाष्पीकृत किया।
यह तेजी से flash आसवन पारंपरिक वाष्पन तालाब विधियों द्वारा आवश्यक महीनों के बजाय सेकंड में 99 प्रतिशत शुद्धता और 82 प्रतिशत रिकवरी दर प्राप्त किया।
वास्तविक दुनिया की बैटरी कार्यक्षमता सत्यापित
टीम ने पुनः प्राप्त लिथियम फ्लोराइड को मानक लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट में एकीकृत करके अवधारणा का प्रमाण से परे चला गया। विस्तृत परीक्षण ने पुष्टि की कि इस पुनर्नवीनीकृत सामग्री का उपयोग करने वाली बैटरियां पारंपरिक रूप से प्राप्त लिथियम फ्लोराइड का उपयोग करने वाली बैटरियों की स्थिरता और कार्यक्षमता से मेल खाती हैं या उससे अधिक हैं।
यह सत्यापन वाणिज्यिक अपनाने के लिए महत्वपूर्ण है। बैटरी निर्माता ऐसी सामग्री की आवश्यकता रखते हैं जो कड़ी शुद्धता मानकों को पूरा करें, और राइस प्रक्रिया पारंपरिक लिथियम खनन पर महत्वपूर्ण पर्यावरणीय लाभ प्रदान करते हुए इसे प्रदान करती है।
एक साथ दो समस्याओं का समाधान
पारंपरिक खारे पानी से लिथियम निष्कर्षण में विशाल वाष्पन तालाब शामिल हैं जो दक्षिण अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया और चीन के अक्सर शुष्क क्षेत्रों में अरबों गैलन पानी की खपत करते हैं। यह प्रक्रिया 12 से 18 महीने लेती है और सांद्रित अपशिष्ट धारा छोड़ देती है। राइस विधि काफी कम पानी और ऊर्जा खपत के साथ मिनटों में काम करती है।
इसी बीच, PFAS प्रदूषण दुनिया भर में हजारों समुदायों को प्रभावित करता है। ये per- और polyfluoroalkyl पदार्थ प्राकृतिक विघटन का प्रतिरोध करते हैं और मिट्टी, भूजल और जीवित जीवों में जमा होते हैं। वर्तमान उपचार खतरनाक अपशिष्ट कार्बन के टन उत्पन्न करता है जिसे जलाया या गड्ढों में डाला जाना चाहिए। इस अपशिष्ट को लिथियम उत्पादन के लिए कच्चे माल में परिवर्तित करके, राइस प्रक्रिया जो पहले एक निपटान दायित्व था, उससे आर्थिक मूल्य बनाती है।
जैसे ही विद्युत वाहन संक्रमण के साथ लिथियम की वैश्विक मांग बढ़ती रहती है, और संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप भर में PFAS प्रदूषण पर नियामक दबाव तीव्र होता है, यह दोहरे उद्देश्य वाला दृष्टिकोण दोनों उद्योगों के लिए रूपांतरकारी साबित हो सकता है।
आगे के स्केलिंग चुनौतियाँ
जबकि प्रयोगशाला के परिणाम आशाजनक हैं, Flash Joule Heating को औद्योगिक मात्रा में स्केल करना इंजीनियरिंग चुनौतियों को प्रस्तुत करता है। तकनीक के लिए विद्युत नाड़ी और तापमान खिड़कियों के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता है, और PFAS-संतृप्त कार्बन की उपलब्धता जल उपचार प्रयासों की गति पर निर्भर है। फिर भी, शोधकर्ताओं का मानना है कि वाणिज्यिक विकास के लिए मूलभूत बातें मजबूत हैं, और आर्थिक प्रोत्साहन — खतरनाक अपशिष्ट को नष्ट करते हुए उच्च-मूल्य वाली वस्तु का उत्पादन — इस तरह से संरेखित हैं कि औद्योगिक भागीदारों को आकर्षित कर सकते हैं।
यह लेख Interesting Engineering की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
