שיטות מתפתחות למיצוי מינרלים קריטיים מ-Girmal Fluids

המעבר הגלובלי לאנרגיה מתחדשת וחשמלית יש ביקוש מוגבר למינרלים קריטיים - ליתיום, אלמנטים נדירים של כדור הארץ, קובלט ואחרים - החיוניים לסוללות, טורבינות רוח, ומכשירים אלקטרוניים.כריית חומרים אלה לעתים קרובות נושאת עלויות סביבתיות וחברתיות משמעותיות, מה שמכניס את החוקרים לחפש מקורות אנרגיה גמישים יותר.

הבנת שפעת ג'ותרמית ותוכן המינרלי שלהם

נוזלים גאוותרמאליים שמקורם מי גשם או מי ים עתיקים המחלחלים עמוק לתוך הקרום של כדור הארץ, שבו הוא מחומם על ידי מאגמה או סלע חם. תחת לחץ גבוה וטמפרטורה, נוזלים אלה מתמוססים מינרלים מן סלעים שמסביב, הופך לנשג עשיר במערך רחב של אלמנטים.הרכב המדויק משתנה על ידי מיקום, אבל מכוננים משותפים כוללים:

(ב) ⁇ :0) ,LthiumphFLT:1 - קריטי עבור סוללות טעינה ב EVs אחסון רשת.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד): "המינרלים התעשייתיים עם יישומים מרובים.

לא כל שדות גאותרמיים נוצרים שווים.ים סלטון בקליפורניה ידוע לשמצה על הסהר, ליתיום עשיר - שנועד להכיל מספיק ליתיום כדי לספק חלק משמעותי של הביקוש העולמי.אזורים בולטים אחרים כוללים את מזרח אפריקה Rift, חצי האי רייקיאוויק באיסלנד, אזור הר הגעש הטפואי בניו זילנד, ואת הריין העליון של אירופה מציג לעתים קרובות את שערי חילוף החומרים הכימיים (Climate saliticial) והשגת אתגרים גבוהים.com) הוא לעתים קרובות.

טכנולוגיות הצלה

שיטות מסורתיות לשיקום מינרלים מגלימות מסתמכות על בריכות evaporation או משקעים כימיים, שניהם איטיים, בעלי עוצמה, ובעייתיים לסביבה. טכניקות ניור להתמקד בהפרדה סלקטיבית, יעילה באנרגיה, וניתוק דרוגים. להלן הן הקטגוריות המבטיחות ביותר, כל אחת עם וריאציות מותאמות למינרלים ספציפיים וכימאיים.

1. תהליכי הפרדה מנברנים

טכנולוגיות Membrane ממינוף חסמים למחצה שניתן לחלק באופן סלקטיבי של מושגים ממים.הם אטרקטיביים כי הם פועלים ברציפות, דורשים אנרגיה נמוכה יחסית, וניתן לכוון אותם לדחיית יון מסוים.

(FLT:0) NNanofiltration (NF) ו- Reverse Osmosis (RO)BuildFLT:1 - Modified membranes with phoreגדלים ועלויות משטח יכול להעדיף להעביר או לדחות מונו-שוויון לעומת מושגים רב-ערך.
(FLT:0)Forward Osmosis (FO)FirLT:1) - השתמש בפתרון שואב מרוכז כדי למשוך מים דרך מנברן, ריכוז צריכת האנרגיה המטה והפחתת צריכת האנרגיה בהשוואה ל-RO.זה מבטיח במיוחד עבור גלימות גיאותרמיות היפרסאלין.
(FLT:0)Membrane Distillation (MD)BuildFLT:1) - מניע מים פנויים דרך קרום הידרופובי באמצעות ⁇ טמפרטורה יכול לייצר מים עתירי גבוה תוך ריכוז מינרלים עבור מיצוי. למערכות MD משולבים יכול לנצל חום פסולת מתחנות כוח גיאותרמי, להגביר את היעילות הכוללת.
(FLT:0) אלקטרוניקה הפוכה אלקטרודיאליזה FLT:1 - החל שדות חשמליים כדי להעביר בצל באמצעות קרום סלקטיבי של יון-שינויי יון.שיטות אלה יכולות לשחזר ישירות ליתיום או תפיסות אחרות של מטרה עם טוהר גבוה, והם צוברים מתחנן בהפגנות בקנה מידה טייס.

תהליכי Membrane עדיין אינם Plug-and-play עבור כל גליונות גיאותרמי. Membrane מפרשת silica וחומר אורגני נשאר מכשול גדול.חוקרים מפתחים ציפויים נגד מיקוד ופרוטוקולים ניקוי תקופתיים כדי להרחיב את חיי קרום.למרות האתגרים האלה, כמה חברות - כולל Geo40 בניו זילנד ו- Lilac Solutions בארה"ב - מתקדמות לפיילוט מסחרי מבוסס על ידי פיילוט.

2.הפיקה אלקטרו-כימית

שיטות אלקטרוכימיות ליישם פוטנציאל חשמלי כדי להניע תגובות אולטרה סגול ממוקד כי או solubilize או מינרלים precipitate מן הפתרון.הם מציעים שליטה מדויקת עלסלקטיביות ויכול להשתלב בתשתיות צמחיות גיאותרמיות קיימות.

(FLT:0)Electro זוכיפי FLT:1 - נפוץ המשמש לשחזר מתכות כמו אבץ ונחושת, טכניקה זו חלה זרם להפקיד מתכת על אלקטרודה. עבור נוזלים גיאותרמיים, חוטף אלקטרו-זוטר יכול לייצר ישירות ממניגנטיות גבוהה או צלחת מתכת אבץ, חיסול הצורך בגיחות כימיות.
(FLT:0) אלקטרוניקה אלקטרונית ליתיום (ELE)IRLT 1 - השתמש אלקטרודה אלקטרודה ליתיום-selective אלקטרודה או membrane כי תחת מתח יישומי, בין-קליפות ליתיום ions בעוד למעט cations אחרים.הלייום משוחרר מאוחר יותר לפתרון נקי, מניב מוצר עתיר-תזונה גבוהה.
(FLT:0) מחיקת ה-CDI)BuildFLT:1 - Pairs אלקטרודות כי מודעות ומושגים כאשר שדה חשמלי מוחל; ניתוק הסגולות שלהם לתוך זרם מרוכז. CDI הוכח עבור החלמה ליתיום מן הגיאו-תרמי, אם כי הגדלה נותרת בשלב מוקדם.
(FLT:0) ElectrocoagulationFLT:1 - השתמש אלקטרודות הקרביות כדי ליצור קוגנינטים שקושרים ומזהמים מינרלים.זה יכול להסיר אלמנטים של ניואנס כמו ארסן או אחליק לפני מיקוד רכיבים יקרי ערך.

שיטות אלקטרוכימיות מבטיחות לסלקטיביות שלהם וטביעה כימית נמוכה, אבל הם דורשים אספקת חשמל יציבה ואלקטרודות שיכולים לעמוד בטמפרטורה גבוהה, סטיות קורוזיות.התקדמות בחומרים אלקטרודה (למשל, תחמוצת לימוזינה מנטאנית ליתיום, ליתיום ברזל פוספט) מרחיבה חלונות תפעוליים.

3. Bioleaching ו Bioremediation

(בלטינית: bioleaching רותמת את הפעילות המטבולית של ⁇ כדי לשבור מוצקות מינרלים או כדי להפיג מתכות מנוזלים, בעוד נפוץ כרייה עבור התאוששות נחושת וזהב, היישום שלה לגלימות גיאותרמי הוא נזילות נושונים אך גדל.

(FLT:0) ניהול ביוקטופציה ביולוגית 1:1 - כמה חיידקים והאצה מצטברים מתכות מפתרון באמצעות ביו-סאורציה או ביוקקום. הביומסה המתכתית מקנה ומעובדת.זה יעיל במיוחד עבור אלמנטים נדירים של אדמה ומתכות יקרות בריכוזים נמוכים.
(FLT:0) ביו-שביטה ישירה (FLT:1) - מיקרואורגניזמים מייצרים ליקוויפורטרים (למשל, ברזל מפרקטי, חומצה sulfuric) כי מינרלים משלבים מוצקים, אשר ניתן לשחזר באמצעים קונבנציונליים.

ביוליגרד מציעה עלויות הפעלה נמוכות והטבות סביבתיות, אבל הקינטיקה שלה איטי ודורש שליטה זהירה של pH, טמפרטורה ואספקה תזונתית. חוקרים הם חיידקים תרמופילליים הנדסיים (חום-loving) לעמוד בתנאים הקיצוניים של גלימות גיאותרמיות, ולחקור מערכות ביו-אלקטרוניקה המשלבות פעילות מיקרוביאלית עם התאוששות אלקטרוכימית בים בים סלטון ובאיסלנד הראו תוצאות מבטיחות עבור אקלים נדיר ובודדים.

4. אדמירציה ו- Ion Exchange

חומרים עמידים סולידריות - כגון ion-exchangesins, סיליק פונקציונלי, מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs), ו-Lethium-aluminum שכבת הידרוקסידים (LDH) - יכול ללכוד באופן סלקטיבי את מטרות היעד של פתרון.הסורב המשולב הוא מגע עם הגיאוותרם העגומים, טעון עם הטמפרטורות הרצויות, ולאחר מכן חמקמק עם נפח קטן של טכנולוגיה מורכבת אפילו לכדי לחץ דם פעיל.

5. Solvent Extraction (Liquid-Liquid Extraction)

החילוץ Solvent משתמש בתומכים אורגניים שקושרים באופן סלקטיבי לצלומי מתכת בקרן הקסומה, מעבירים אותם לשלב אורגני בלתי-מוחלט לאחר הפרידה, המתכת מופשטת מהפתרון לפתרון נקי, הניבה של ציוד נוזלי גבוה וניקוי (reme-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

שילוב עם צמחים כוח גאוותרמי

התרחיש המשכנע ביותר הוא לשלב מיצוי מינרלים ישירות למפעלים גאותרמיים קיימים, להפוך פסולת לזרם הכנסות. בצמחים מחזוריים בינארי, נוזל גיאותרמאל עובר דרך מחליף חום כדי לחוסם נוזל עבודה משני; הפנס הקרר המגניב הוא אז מגלגל.על ידי להסיט זרם צדדי למיצוי חום - לאחר התאוששות חום, אך לפני התחדשות - התחדשות - אורגניזמים יכולים ללא גישה זו כבר מופעלת.

(FLT:0)Salton Sea, CaliforniaFLT:1 - פרויקטים מרובים (למשל, שליטה משאבים, אנרגיה מקור, ברקשייר האת'י אנרגיה) שואפים לחלץ ליתיום מן האגן הגיאוגרפי המיוצר על ידי תחנות הכוח של האזור.
(FLT:0) Reykjanes, איסלנדFLT:1 - HS Orka, בשיתוף עם מוסדות מחקר, פועל צמח טייס לשחזר את סיליקה אבץ מן ג'רמיה נמכר לשימוש תעשייתי, ושיקום אבץ הוא תחת הערכה.
(FLT:0)Taupō, ניו זילנדFLT:1hil - Geo40 משווקת סיליקה מנוזלים גיאותרמאליים, מייצרת אחיקה גבוהה עבור תעשיות התרופות והרפואת השיניים.החברה היא כעת פיילוט ליתיום באמצעות מיצוי membrane ו- ion-change-change תהליכים.

אינטגרציה מפחיתה את העלות של ההון המצטבר של ציוד החילוץ, משתמשת חום פסולת זמין עבור שלבים התחדשות תרמית, ולהימנע מקידוח נוסף. יתר על כן, תמצית מינרלים יכולה להפחית את הסקאלה ואת כריתת בארות השיקום, שיפור תוחלת הצמח - win-win עבור מפעילי.

היתרונות של שיטות חילוץ מתפתחות

המעבר מכריית קונבנציונלית למיצוי נוזל גיאותרמאל מציע כמה יתרונות נפרדים:

(FLT:0)Lower Environmental FooteurFLT:1 - אין בור פתוח, אין סכרים זנבות, הפרעות קרקעיות מינימליות. Gethermal Extracts and Surface Equipment, עם רוב הנוזלים שולמו.
(ב) ,0) אספקת מים מצריכה 1FLT ( 1:1) - תהליכי כרייה מסורתיים רבים דורשים כמויות עצומות של מים טריים.גונס גאוותרם כבר מתחת לאדמה; מיצוי מינרלים אינו צור מים נוספים.
(ב) ⁇ (ב"א): ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) Co-productionFLT:1 - מיצוי מינרלים יכול להיות משולב עם ייצור חשמל, אספקת חום, או אפילו ייצור מים טרי באמצעות דילול מנברון, יצירת זרמי הכנסות מרובים.
(ב) [ה]]: [ה]] משאבים גאוותרניים נפוצים מבחינה גיאוגרפית, צמצום התלות על קומץ מדינות (למשל, סין לקרקעות נדירות, צ'ילה לליתיום).

אתגרים ושיקולים

למרות היתרונות הללו, כמה מחסומים נותרו לפני אימוץ מסחרי נרחב:

(ב) לכל שדה גיאוותרמאל יש כימיה ייחודית; יש להתאים את שיטות החילוץ, להגדיל את זמני הפיתוח ואת עלויות.
(FLT:0) הסלמה ופגיעה ב- 1 - Silica, סידן פחמן, וציוד מעילים אחרים ולהפחית את היעילות.
(FLT:0) מוסריות כלכלית (FLT:1) - מחירי מינרלים משתנים, ועלויות החילוץ עדיין גבוהות יחסית.
(FLT:0) תקנות סביבתיות של Reinjection of depleted brine חייב לציית לסטנדרטים איכותיים של מים קרקעיים.
(FLT:0) קבלת פנים וקהילתית 1:1 - התפתחות גיאותרמית יכולה להעלות חששות לגבי משקעים מושרה, זכויות מים ושימוש קרקע.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

תחום החילוץ המינרלי מנוזלים גאותרמיים מתקדם במהירות, מונע על ידי גידול הביקוש למינרלים קריטיים ועלייה בהתעניינות במודלים של כלכלה מעגלית.

(FLT:0) החידושים המדעיים שלמתי אווירי 1 (Material Science innovations) - התפתחות של מלמברן, אלקטרודה וחומרים כהים יציבים בטמפרטורות גבוהות, עמידים בפני עבירות, ושפע של אלפי מחזורים.
(FLT:0) העצמה של מספר 1 (למשל, שילוב פעולות יחידות מרובות (למשל, סינון קרום, אלקטרודיאליזה והחלפת יון) לתוך מערכות קומפקטיות, רציף כדי להפחית את טביעת הרגל ואת עלות ההון.
(FLT:0) מודלים מועדפים (Predictive Modeling) 1:1 - שימוש במודלים גיאוכימיים ומעבדים כדי לחזות שינוי ההרכב מחדש לאורך זמן ואופטימיזציה של אסטרטגיות החילוץ.
(FLT:0 Life Cycle AssessmentFLT:1) - ניתוחים סביבתיים וכלכליים נרחבים להשוות את מיצוי מינרלים גיאותרמי עם הכרייה קונבנציונלית ולהחליט החלטות מדיניות.
(FLT:0)Broader CooperationofFLT:1 - שותפויות בין מפעילי גיאותרמיים, חברות כימיות, אוניברסיטאות וסוכנויות ממשלתיות (למשל, משרד ה-Govermal Technologies של משרד האנרגיה האמריקאי) הן מאיצה של פריסת טכנולוגיה.

כמה פרויקטים של טייס צפויים להגיע בקנה מידה מסחרי בתוך חמש השנים הבאות.ההצלחה של פרויקט ליתיום הים Salton תהיה פעמון: אם הם יוכיחו את עצמם מבחינה כלכלית, זה יכול לגרום לגל השקעות בתחומים גיאוותרמיים אחרים ברחבי העולם.בינתיים, מחקר על הפקת כדור הארץ נדיר מגלי ג'ותרמאל - אם כי בשלב מוקדם יותר - יכול לפתוח מקור חדש עבור אלמנטים קריטיים אלה.

מסקנה

(השיטות המתפתחות למיצוי מינרלים קריטיים מנוזלים גיאותרמאליים מייצגים שינוי פרדיגמה בשיקום משאבים.על ידי הפיכת זרם פסולת למקור יקר ערך של ליתיום, אדמה נדירה ואלמנטים אחרים, טכנולוגיות אלה מבטיחות להפחית את ההידרדרות הסביבתית, לחזק את שרשרת האספקה, ולשפר את הכלכלה של אנרגיה גיאותרמית וכלכלה נותרו ללא ספק, חדשנות מהירה במדעי המוח, אלקטרוכימיה, ביוטכנולוגיה וטכנולוגיית היא סגורה עוד יותר: