Per molti materiali fondamentali per le catene di approvvigionamento che contribuiranno a consentire la transizione alla decarbonizzazione dell’America, le risorse sono limitate. L’estrazione mineraria tradizionale è irta di sfide, quindi il progresso dell’energia pulita dipende dalla ricerca di nuovi modi per accedere in modo affidabile ai materiali critici.
La promozione della sicurezza nazionale e della competitività economica richiederà ai ricercatori americani di trovare nuovi modi per ottenere i materiali di cui abbiamo bisogno per molte tecnologie. Questi includono batterie, magneti nei motori elettrici, catalizzatori, reattori nucleari e altre tecnologie energetiche essenziali prive di carbonio.
L’acqua rappresenta una via poco esplorata per acquisire questi materiali. Gli scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno recentemente pubblicato una revisione completa che descrive in dettaglio i vari meccanismi attraverso i quali i materiali critici possono essere estratti da diversi corsi d’acqua.
Diversi tipi di acqua offrono diversi tipi di risorse materiali, ha affermato Seth Darling, responsabile scientifico e tecnologico per la direzione Advanced Energy Technologies di Argonne. “Gli oceani sono una risorsa così straordinaria perché le quantità totali di molti materiali preziosi e importanti sono enormi, ma sono anche altamente diluite”, ha affermato. “Anche le acque reflue avevano bisogno di essere riformulate: vogliamo che le persone vedano che le acque reflue non sono veramente rifiuti, piuttosto sono ricche di ogni sorta di cose preziose”.
Darling ha anche indicato le falde acquifere sotterranee e le salamoie geotermiche come altre possibili fonti di materiali preziosi. Questi materiali includono il litio, che è sempre più richiesto per le batterie dei veicoli elettrici e potrebbe essere utilizzato per aiutare a decarbonizzare la nostra economia. “Il litio è nell’oceano e nelle salamoie geotermiche; lo estrarresti in modo diverso da queste due fonti, ma è importante capire quale è più economico, ha il minor impatto ambientale e consente catene di approvvigionamento sicure”, ha affermato Darling. “Per molti altri materiali, l’acqua è una fonte poco esplorata, ed è qualcosa a cui prestiamo sempre più attenzione”.
Le tecnologie che Darling ei suoi colleghi stanno esplorando per estrarre materiali critici da diversi tipi di acqua vanno da quelle tradizionali (come le membrane) a quelle innovative (come i generatori di vapore solari interfacciali).
Omar Kazi, un dottorato di ricerca. studente in ingegneria molecolare presso l’Università di Chicago che collabora con Darling, sta studiando metodi per concentrare i flussi di acque reflue per recuperare materiali di valore. “Sbarazzarsi dell’acqua attraverso l’evaporazione è un processo lento e ad alta intensità energetica”, ha affermato Kazi. “Nelle salamoie geotermiche, possono essere necessari anni prima che l’acqua evapori per poter recuperare il litio che è contenuto in esse, il che crea un enorme collo di bottiglia. La domanda che ci poniamo è ‘come possiamo far evaporare l’acqua più velocemente?’ “
Un modo per farlo potrebbe essere attraverso l’uso di materiali fototermici porosi, che convertono la luce in calore in modo efficiente. Questi assorbitori di luce agiscono come una maglietta nera che si riscalda in una giornata di sole. Quel calore viene trasferito all’acqua direttamente all’interfaccia con l’aria circostante, accelerando notevolmente l’evaporazione.
Nel complesso, ha osservato Darling, Argonne dispone di ricche capacità nella supply chain, nel ciclo di vita e nelle analisi tecnoeconomiche. Inoltre, il laboratorio è specializzato nei materiali, nella chimica e nell’ingegneria dei processi relativi all’estrazione di materiali critici. Ciò posiziona in modo univoco il laboratorio per contribuire a raggiungere un’economia dei materiali più sicura e circolare, soprattutto quando si tratta di ottenere di più dai corsi d’acqua.
Un documento basato sullo studio, “Strategie di progettazione dei materiali per il recupero di risorse critiche dall’acqua”, è apparso online su Advanced Materials il 31 marzo.
Oltre a Darling e Kazi, altri autori dello studio includono Wen Chen di Argonne, Jamila Eatman, Feng Gao, Yining Liu, Yuqin Wang e Zijing Xia.
Questo lavoro è stato supportato nell’ambito del Centro Advanced Materials for Energy-Water Systems (AMEWS), un centro di ricerca sulla frontiera energetica finanziato dal Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti, Office of Science, Basic Energy Sciences presso l’Argonne National Laboratory.
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