संयुक्त राज्य अमेरिका में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) की एक शोध टीम ने हाल ही में एक नई प्रक्रिया की घोषणा की है जिससे हार्ड रॉक से लिथियम निकालने की ऊर्जा खपत और लागत में काफी कमी आने की उम्मीद है। माना जा रहा है कि यह इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियों का आर्थिक खाता-बही बदल सकता है। जर्नल साइंस में प्रकाशित प्रासंगिक शोध इस बात पर केंद्रित है कि लिथियम युक्त हार्ड रॉक अयस्कों को संसाधित करते समय ऊर्जा की खपत और अपशिष्ट उत्सर्जन को कैसे कम किया जाए।
वर्तमान में, बैटरी बाजार में लिथियम-आयन बैटरियों के हावी होने का एक प्रमुख कारण यह है कि इसकी आपूर्ति श्रृंखला बड़े पैमाने पर है और इसकी प्रणाली परिपक्व है, जो अत्यधिक कुशल वैश्विक लिथियम आपूर्ति नेटवर्क बनाती है, जिससे वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों के लिए लागत पर प्रतिस्पर्धा करना मुश्किल हो जाता है। हालाँकि, यह लाभ सस्ते लिथियम संसाधनों की स्थिर आपूर्ति पर अत्यधिक निर्भर है, और वर्तमान कम लागत वाले लिथियम संसाधन मुख्य रूप से दक्षिण अमेरिका में केंद्रित साल्ट लेक ब्राइन जमा से आते हैं। यद्यपि पृथ्वी की पपड़ी में बहुतायत के मामले में लिथियम दुर्लभ नहीं है, लेकिन उच्च गुणवत्ता वाले अयस्क स्रोत जो खनन में आसान और कम लागत वाले हैं, प्रचुर मात्रा में नहीं हैं।
इस पृष्ठभूमि के खिलाफ, लोग स्पोड्यूमिन नामक लिथियम युक्त खनिज पर ध्यान केंद्रित करना जारी रखते हैं, जो दुनिया का सबसे प्रचुर हार्ड रॉक लिथियम संसाधन है। हालाँकि, पारंपरिक स्पोड्यूमिन प्रसंस्करण तकनीक महंगी है: लिथियम निकालने के लिए अयस्क को लगभग 1,000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने और फिर सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लीच करने की आवश्यकता होती है। यद्यपि यह प्रक्रिया परिपक्व और विश्वसनीय है, इसमें भारी ऊर्जा खपत होती है और बड़ी मात्रा में सल्फर युक्त अपशिष्ट उत्पन्न होता है।
एमआईटी और उसके सहयोगियों द्वारा प्रस्तावित नया दृष्टिकोण बहुत अलग रास्ता अपनाता है। उच्च तापमान भूनने से शुरू करने के बजाय, प्रक्रिया खनिज संरचना को तोड़ने के लिए लगभग 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए अमोनियम फ्लोराइड समाधान का उपयोग करती है। इस प्रक्रिया में, अयस्क को तीन सामग्री धाराओं में विभाजित किया जाता है: लिथियम, सिलिकॉन और एल्यूमीनियम: लिथियम को लिथियम फ्लोराइड के रूप में घोल में घोल दिया जाता है, सिलिकॉन एक घुलनशील यौगिक बनाता है, और आसान प्रसंस्करण के लिए एल्यूमीनियम को एक ठोस मध्यवर्ती उत्पाद में बदल दिया जाता है।
बाद के चरणों में, एल्यूमीनियम का उपचार प्रक्रिया में सबसे अधिक ऊर्जा-गहन कड़ी है, जिसके लिए चरणबद्ध हीटिंग की आवश्यकता होती है, पहले लगभग 300 डिग्री सेल्सियस और फिर लगभग 700 डिग्री सेल्सियस तक, अंततः 98% से अधिक की शुद्धता के साथ एल्यूमिना का उत्पादन करने के लिए। इसकी तुलना में, सिलिकॉन का उपचार अपेक्षाकृत सरल है: अमोनिया जोड़ने से, समाधान में सिलिकॉन यौगिक सिलिका अवक्षेप में परिवर्तित हो जाते हैं, जिन्हें अलग करना आसान होता है। शोध टीम ने नोट किया कि इन सिलिका का उपयोग कंक्रीट एडिटिव्स के रूप में किया जा सकता है, जो संभावित रूप से प्रसंस्करण लागत को आंशिक रूप से ऑफसेट करने में मदद कर सकता है।
लिथियम हमेशा घोल में लिथियम फ्लोराइड के रूप में रहता है। इस रूप में, इसे सीधे इलेक्ट्रोलाइट सामग्री लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट के अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जा सकता है, या इसे आगे लिथियम नाइट्रेट में परिवर्तित किया जा सकता है और फिर पारंपरिक बैटरी सामग्री उत्पादन प्रक्रिया में प्रवेश करने के लिए लिथियम ऑक्साइड में तैयार किया जा सकता है। यह नई प्रक्रिया को मौजूदा लिथियम बैटरी उद्योग श्रृंखला से जोड़ने के लिए कई पथ विकल्प प्रदान करता है।
नई प्रक्रिया की एक प्रमुख विशेषता इसकी अपनी प्रतिक्रिया प्रणाली का "बंद-लूप" प्रबंधन है। बहु-चरणीय प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान, अमोनिया और हाइड्रोजन फ्लोराइड जैसे पदार्थ उत्पन्न होंगे; उन्हें अपशिष्ट के रूप में मानने के बजाय, अनुसंधान टीम ने फ्रंट-एंड प्रसंस्करण में फिर से भाग लेने के लिए दोनों को अमोनियम फ्लोराइड में पुन: संश्लेषित करने के लिए एक रीसाइक्लिंग लिंक डिज़ाइन किया। यह बंद-लूप डिज़ाइन अभिकर्मक हानि और अपशिष्ट उत्सर्जन को कम करने में मदद करता है, लेकिन इसका मतलब यह भी है कि अत्यधिक संक्षारक और विषाक्त हाइड्रोजन फ्लोराइड का सख्त सुरक्षा प्रबंधन आवश्यक है।
आर्थिक दृष्टिकोण से, शोध टीम द्वारा दी गई गणना से पता चलता है कि पारंपरिक स्पोड्यूमिन प्रसंस्करण की लागत प्रति टन लिथियम 9,000 अमेरिकी डॉलर से थोड़ी कम है, जबकि नई प्रक्रिया से लागत कम होकर 5,000 अमेरिकी डॉलर प्रति टन से अधिक होने की उम्मीद है, जो उच्च गुणवत्ता वाले नमकीन संसाधनों से लिथियम निष्कर्षण के लागत स्तर के करीब है। यदि एल्यूमीनियम और सिलिकॉन उप-उत्पाद सफलतापूर्वक बाजार में प्रवेश कर सकते हैं और मुद्रीकृत हो सकते हैं, तो कुल लागत में और कमी की गुंजाइश है।
हालाँकि, शोधकर्ताओं ने इस बात पर भी जोर दिया कि प्रयोगशाला माप और वास्तविक कारखाने के संचालन के बीच अभी भी कई अनिश्चितताएँ हैं। वास्तविक लागत अयस्क ग्रेड, बाजार मूल्य में उतार-चढ़ाव और नई प्रक्रिया के लिए उत्पादन सुविधाओं के निर्माण या संशोधित करने के लिए आवश्यक पूंजी निवेश जैसे कारकों पर निर्भर करेगी। इसके बावजूद, इस कार्य को लिथियम आपूर्ति के मुद्दे पर अभी भी एक नया विचार माना जाता है। यह न केवल लिथियम संसाधनों के भौगोलिक स्रोतों पर ध्यान केंद्रित करता है, बल्कि निष्कर्षण प्रक्रिया से शुरू होने वाले ऊर्जा उपयोग और संसाधन पुनर्प्राप्ति मॉडल को अनुकूलित करने का भी प्रयास करता है।