كيف تحول DLE مياه الصرف النفطي إلى مصدر قيمة لليثيوم
من المتوقع أن ينمو الطلب على الليثيوم أربع مرات بحلول عام 2035، لكن إنشاء مشاريع جديدة لاستخراج الليثيوم التقليدي يسير ببطء ويتطلب رأس مال كبير. لا تستطيع الصناعة التوسع بالسرعة المطلوبة والفجوة المتزايدة تكشف عن الحاجة إلى طرق مبتكرة للاستخراج.
هنا تأتي المصادر غير التقليدية: مياه البحر، والمحلولات الجيولوجية، ومياه الصرف من منصات النفط تحتوي على كميات متفاوتة ولكن ليست ضئيلة من الليثيوم. استخدمت برك التبخر لإنتاج الليثيوم من هذه المحاليل لمدة تقارب القرن، لكن العملية بطيئة وعادةً ما تستغرق من 12 إلى 18 شهرًا.
اقرأ أيضاً
اكتشف تسويق B2B الذي يحقق النتائج
دمج المعلومات التجارية مع التميز التحريري للوصول إلى محترفين متفاعلين عبر 36 منصة إعلامية رائدة.
لمعرفة المزيد
ومع ذلك، يعني الطلب المتزايد على الليثيوم أن السباق مفتوح لتأمين الإمدادات.
تقنيات استخراج الليثيوم المباشر (DLE) تفصل الليثيوم عن المحاليل الجيولوجية في ساعات أو أيام، مما يوفر جداول زمنية إنتاج أسرع، وللبعض، تدفق إيرادات جديد. في حالة شركات النفط والغاز الكبرى مثل تشيفرون، إكوينور وSLB، تمثل DLE فرصة لتحويل تدفقات مياه الصرف إلى إيرادات. بالنسبة للاعبين في مجال الحرارة الجيولوجية، فإنها خطوة يمكن دمجها قبل إعادة الحقن اللازمة.
وفقًا لبعض التقديرات، يمكن لمياه الصرف الناتجة عن عمليات Marcellus Shale في بنسلفانيا وحدها تلبية 38-40% من طلب الولايات المتحدة على الليثيوم. بينما يفترض هذا عائدًا غير واقعي بنسبة 100%، فإن حجم الفرصة كبير.
“من حيث المبدأ لا يوجد حد لهذه الفرصة”، يقول Paw Juul، الرئيس التنفيذي للعمليات في Lithium Harvest لـ Mining Technology. ومع ذلك، هناك نقطة ضعف رئيسية واحدة: “يحتاج الأمر إلى مبالغ كبيرة من المال.”
تقنيات DLE
هناك طريقتان رئيسيتان لتقنيات DLE تطبق على المحاليل الجيولوجية المحتوية على الليثيوم: استخراج المذيب وامتصاص أو تبادل الأيونات. الأولى هي نقل سائل إلى سائل حيث يتم تمرير المحلول على مذيب عضوي ومستخلص متخصص؛ والثانية هي نقل سائل إلى صلب حيث ترتبط أيونات الليثيوم بسطح مواد معينة تحتفظ بالليثيوم.
يشرح مساعد البحث في جامعة كونكتيكت حسن نكح: “يتفاعل المحلول مع المذيب العضوي، ويتم نقل الليثيوم إليه من المحلول. بعد ذلك، نزيل المذيب العضوي ونستخرج الليثيوم منه.”
يحتوي المذيب العضوي على مستخلص انتقائي سيتفاعل مع الليثيوم بدلاً من المواد الأخرى المذابة في المحلول. بمجرد أن ينتقل الليثيوم إلى المرحلة العضوية، يتم “تنظيفه” (تنقيته) لتحسين نقائه وإزالته. يمكن تجديد المرحلة العضوية وإعادة استخدامها.
امتصاص الأيونات / تبادل الأيونات
عن الامتصاص، يشرح نكح: “في الامتصاص، نستخدم مواد صلبة لالتقاط الليثيوم من المحلول للامتصاص، وبعد التقاط ذلك الليثيوم، نجدد المادة (المذيب لاستخراج ذلك الليثيوم).”
في عملية DLE، يتدفق المحلول على المواد الصلبة، والتي عادةً ما تكون راتنجات أو مواد تنتج من الألمنيوم أو المغنيسيوم تحتوي على مواقع نشطة على أيونات الليثيوم يجب أن تتفاعل وتُمتص. بمجرد أن تقترب المادة من السعة، تنتقل العملية إلى مرحلة إزالة الامتصاص: يتم تمرير المادة عبر المياه العذبة أو محلول كيميائي أو حمضي، حيث تتجدد وتحرر الليثيوم في محلول أكثر تركيزًا، والذي يتم استعادته لمزيد من التكرير.
يشير نكح إلى أن العملية هي في الأساس نفسها لتبادل الأيونات – تشترك في مفاهيم تصميم التشغيل ودورات التشغيل المشتركة، ولكن الأيونات يتم تبادلها بدلاً من نقلها. بينما في الامتصاص يحدث النقل كما يحدث بين قوى فيزيائية ضعيفة الالتصاق لجزيئات غير مشحونة أو مشحونة على سطح؛ في تبادل الأيونات، تحدث تفاعل كيميائي وتتبادل الأيونات للمحافظة على توازن الشحنة الكهربائية.
مجال ناشئ: تكنولوجيا الغشاء
منطقة ناشئة ولكن حتى الآن مبتدئة للبحث في DLE هي تكنولوجيا الأغشية، التي تعمل كمرشح انتقائي لتركز أيونات الليثيوم من المحاليل. هناك فئتان رئيستان من عمليات الغشاء: الأغشية المدعومة بالضغط العالي وعمليات الغشاء المدعومة بالجهد.
الأولى تشمل ترشيح الميكرو، الترشيح فوق الدقيق، الترشيح النانوي والتناضح العكسي (والتي تتميز جميعها في مرحلة معينة في عمليات الامتصاص بالفعل)، بينما تشمل الأخيرة التحليل الكهربائي وازالة الأيونات الثنائية والقدرة.
تقول الدكتورة بوركو بيكال، أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيومولكولية في جامعة كونكتيكت، أن “تكنولوجيا الأغشية يمكن أن تحدث فرقا كبيرا من حيث فعالية التكلفة”، مضيفة أن “التكنولوجيا لم تصل بعد إلى تلك المرحلة.”
التكاليف، والقمامة، والملفات البيئية: المزايا والعيوب النسبية لطرق DLE
يتم حاليًا استخدام استخراج المذيب وامتصاص الأيونات أو تبادلها كعمليتين رئيسيتين تستخدمان في DLE، بينما تقنيات الأغشية تظهر كاحتمال ثالث. ومع ذلك، يلاحظ نكح أن هناك “أيضا طرق كيميائية كيميائية ورواسب كيميائية” التي يمكن استخدامها. التحليل الكهربائي هو أحد المجالات ذات الاهتمام الخاص لأنه سيقلل بشكل كبير من الحاجة إلى الكواشف الكيميائية؛ ومع ذلك، لا يزال البحث في نطاق المختبر.
التطبيقات الحالية في النشر التجاري تستخدم امتصاص الأيونات. يشمل ذلك أول مصنع لاستخراج الليثيوم في الولايات المتحدة، الذي افتتح في فبراير ويعمل من قبل Element3 في حقل برميان. المصنع الثاني، الذي تديره Gradiant، سيفتتح في وقت لاحق من هذا العام في Marcellus Shale، وسيساهم في استخدام امتصاص الأيونات أيضًا.
ويعتبر هاماً في كلا الحالتين أيضًا استغلال البنية التحتية القائمة على النفط والغاز لتحويل النفايات الصناعية إلى مورد عال القيمة. يضيف تنويع المحفظة ربحية إضافية، حيث إن إمكانية المعالجة في الموقع تُبقي تكاليف النقل والتكاليف التشغيلية الأخرى (opex) منخفضة.
يشرح Juul أن Lithium Harvest تستخدم أيضًا فقط امتصاص الأيونات، مشيرًا إلى العيوب البيئية للبدائل. “يجب أن تكون تقنياتنا مستدامة قدر الإمكان. يستخدم استخراج المذيب، وتبادل الأيونات، والتحليل الكهربائي كمية كبيرة من المواد الكيميائية والطاقة”، كما يقول.
تؤدي الاستخدامات الكبيرة من المواد الكيميائية والطاقة إلى زيادة opex وتقديم عواقب اقتصادية تجعل من امتصاص الأيونات أكثر التقنيات القابلة للتبرير تجاريًا، على الرغم من أن استخراج المذيب يمكن أن يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة بالنسبة للتدفقات المركزة للغاية. أيضًا، يستخدم امتصاص الأيونات المياه العذبة لإزالة الامتصاص، مما يقلل من الحاجة إلى الأحماض القوية ويحسن من ملف التكلفة والبيئة للطريقة.
ومع ذلك، لا يعني ذلك أن التقنيات الأخرى تفتقر إلى المزايا. يقدم تبادل الأيونات فرصًا أوسع من خلال استخراج الليثيوم من المحاليل الأكثر تخفيفًا أو ذات الدرجة المنخفضة، على الرغم من أن استخدام التقطيع الكيميائي يثير تساؤلات حول opex وعواقب بيئية، ولكنه يعني أيضًا أن تبادل الأيونات ينتج محاليل ليثيوم أكثر تركيزًا مباشرة من الامتصاص.
في الوقت نفسه، يقدم استخراج المذيب ميزة التمييز الفعال بين الأيونات ذات الأحجام المتشابهة مثل الليثيوم والصوديوم، ويعتمد على العمليات المعروفة التي يستخدمها مشغلو التعدين، وخاصة لاستخراج النحاس واليورانيوم.
إذا وصلت تقنية الأغشية إلى نطاق تجاري، فإنها قد تثبت أنها الأكثر وعدًا من بين جميعها: لديها القدرة على تقليل استهلاك المياه، والبصمة الأرضية، واستخدام المواد الكيميائية بشكل كبير، بالإضافة إلى إنتاج مستوى عالٍ من النقاء، يصل إلى درجة بطارية.
فرصة النفط والغاز
يقدم استخدام مياه الصرف كمادة خام إيرادات ثانوية لمشغلي النفط والغاز، حيث يوفر ميزتين رئيسيتين: تنويع المحفظة والاندماج مع العمليات الجارية.
لدى الفرصة أيضًا إمكانيات كبيرة للنمو – المياه المنتجة هي أكبر تدفق نفايات مرتبط بعمليات النفط والغاز، ومياه الصرف الناتجة عن العمليات في حقل برميان وحده تعادل 22 مليون برميل يوميًا.
ولذا، فإن فرصة الليثيوم ليست جديدة بسبب مورد المحلول نفسه، بل بسبب نشر DLE. يشرح جاستن ماكي، الباحث في مختبر التكنولوجيا الوطنية للطاقة: “إن الحجم الكبير من السوائل والقيود المفروضة على المساحة في عمليات النفط والغاز المحلية تجعل من برك التبخر غير عملية. الآن، تحاول تقنيات DLE بشكل أساسي ضغط تلك العمليات إلى وحدات معيارية.”
لقد بدأ المشغلون في اتخاذ خطوات مبكرة، وتلاحظ تقرير من الأستاذ المساعد في جامعة إدith Cowan، أمير رازمجوي: “يبدو أن الموجة القادمة من الاستثمارات قادمة بشكل رئيسي من صناعة النفط والغاز، بما في ذلك شركات مثل ExxonMobil وKoch Industries وOccidental Petroleum وSLB (التي كانت تعرف سابقًا بشل) وChevron Corp.”
شكلت Occidental Petroleum ووحدة من Berkshire Hathaway مشروعًا مشتركًا في يونيو 2024 لإنتاج الليثيوم عالي الجودة من المحاليل في عشرة محطات حرارية في كاليفورنيا. في الوقت نفسه، تمتلك إكوينور حصة 45% في اثنين من مشاريع DLE الخاصة بشركة Standard Lithium المتواجدة في تكوين Smackover، وتقوم Chevron بنشاط في مشاريع DLE في نفس المنطقة، بعد أن استحوذت على حقوق إيجار عبر شمال شرق تكساس وجنوب غرب أركنساس في عام 2025.
لكن للوصول إلى نشر واسع النطاق، هناك اختناقات تكاليفية. تعترف بيكال أن “مياه الصرف المنتجة رائعة […] يمكن للمشغلين تنويع تدفقات إيراداتهم، وهم بالفعل مضطرون لمعالجة مياه الصرف الناتجة”، لكنها تضيف أنه “يجب أن تأخذ في اعتبارك تكاليف التشغيل وظروف التخلص المرتبطة بها.”
يعد نقل كميات هائلة من مياه الصرف الناتجة عن مواقع النفط والغاز إلى محطات المعالجة أحد الأعباء المالية الملحوظة والملحوظة. بينما تبقى DLE على نطاق تجاري في مراحلها المبكرة، تفتقر البنية التحتية اللازمة لنقل المحلول الغني بالليثيوم من الموقع إلى المصنع. هذا يعني أن المحلول يتم غالبًا نقله عبر شاحنات مما يمثل تكاليف كبيرة.
يشير Juul إلى مثال Smackover – الخزان الجوفي المعروف تاريخيًا بالنفط والغاز والبرومين – والذي يعد الآن واحدًا من أكثر مصادر الليثيوم الغني وذات الجودة العالية وعدًا في أمريكا الشمالية. “لا يمكنك ضخ الكثير من مكان واحد، لذا تحتاج إلى الكثير من خط أنابيب البنية التحتية. إنه كابوس ويكلف كثيرًا.”
عند النظر إلى الولايات المتحدة بشكل خاص، يتفق مكKee: “البيئة التنظيمية لتأسيس شبكة النقل اللازمة محدودة، وبالتالي فإن المشغلين يقومون فقط بنقل [المياه المنتجة]، لذا فإن تكاليف النقل هي المحرك الرئيسي للتكاليف.”
كما تشير بيكال إلى الاعتبارات المالية حول DLE، مشيرةً إلى أن الاعتبارات البيئية تنعكس أيضًا على البيانات المالية. المواد الكيميائية العضوية المستخدمة في استخراج المذيبات تؤثر سلبًا على البيئة؛ حتى أسلوب الامتصاص الأكثر نظافة على نحو نسبي لديه بصمة مائية كبيرة. “ستبقى التكاليف دائمًا القوة الدافعة الرئيسية، ولكن إذا كنت تعمل في منطقة تتطلب لوائح بيئية صارمة، يمكن أن تتزايد عناصر معالجة النفايات بشكل كبير.”
كيف يستعد المعدّنون للاستفادة
لا تعتبر صناعة النفط والغاز الوحيدة المؤهلة للاستفادة من الفرصة. مشغلو التعدين (بعضهم أنتج الليثيوم عبر برك التبخر لفترة طويلة) أيضًا في ذلك.
تتركز الكثير من الأنشطة التي تقوم بها شركات التعدين حاليًا في أمريكا الجنوبية، موطن “مثلث الليثيوم” وأكبر سهول ملحية في العالم.
شكلت Codelco و SQM مشروعًا مشتركًا (NovaAndino Litio) في ديسمبر 2025 لتطوير الليثيوم في Salar de Atacama حتى عام 2060. عبر الحدود، تطور Rio Tinto مشاريع DLE في الأرجنتين، بما في ذلك توسيع Rincon في محافظة سالتا، ومشروع Sal de Vida، ومنشأة Fénix في محافظة كاتاماركا. كما أن Eramet نشطة في استراتيجيات DLE في الأرجنتين.
يوجد أيضًا عدد متزايد من الشركات ذات التركيز على الليثيوم في القطاع الخاص التي تستكشف DLE كتكنولوجيا تعدين. تستخدم Controlled Thermal Resources DLE في مشروع كهف الجحيم الحراري في وادي إمبيريال في كاليفورنيا، بينما تستعد EnergySource Minerals لبدء مشروع ATLiS في 2028، الذي سيستخرج هيدروكسيد الليثيوم من المحاليل الجيولوجية مباشرة، بينما ينتج أيضًا المنغنيز والزنك.
إنتاج معادن أخرى من المحاليل عبر استخراج المذيبات، والامتصاص أو التبادل الأيوني هو اتجاه محتمل آخر يثير اهتمام مشغلي التعدين.
في الواقع، يقترح ماكي أنه ليس الأمر مجرد فرصة بل جدوى تجارية: “يجب عليك إيجاد سوق لكل شيء موجود في برميل من الماء، وهناك عمومًا. هذا هو حقًا الطريق إلى الجدوى الاقتصادية – التفكير في المحلول كمورد مشترك وكامل.”
تتميز المحاليل المختلفة بتراكيب مختلفة، لكن الفرص تشمل المغنيسيوم والمعادن النادرة – المعادن الحيوية التي تشهد زيادة في الطلب مع تسارع التحول الطاقوي.
في العديد من المحاليل، فإن الفاناديوم – وهو معدن انتقالي قابل للتشكل ويستخدم في تخزين الطاقة على نطاق الشبكة – موجود أيضًا وقابل للاستخراج، وكذلك السترونتيوم (المشهور باستخدامه في الألعاب النارية ولكن أيضًا يستخدم في شكل كربونات في تصنيع مغناطيس الفيريت للمحركات الكهربائية). في بعض المناطق، يظهر الذهب والنحاس أيضًا.
“هناك مستويات مختلفة من التحليلات التقنية الاقتصادية لتحديد الربحية فعليًا”، يُختتم ماكي. “في نهاية المطاف، يجب معالجة وتصريف كل هذه المياه، فلماذا لا نطور نوع الحل الدائري الذي يحل أيضًا مشكلة أخرى؟”
سجل للحصول على ملخص أخبار يومي!
امنح عملك ميزة من خلال رؤانا الرائدة في الصناعة.
الأسئلة الشائعة
-
ما هو استخراج الليثيوم المباشر (DLE) ولماذا يتمتع بشعبية متزايدة لمياه الصرف من حقول النفط؟
استخراج الليثيوم المباشر هو مجموعة من التقنيات المصممة لفصل الليثيوم من المحاليل بسرعة أكبر بكثير من برك التبخر التقليدية. حيث يمكن أن تستغرق البرك 12-18 شهرًا، يمكن أن تنتج DLE وسيطًا غنيًا بالليثيوم في ساعات أو أيام، مما يغير اقتصادات المشاريع وسرعة الوصول إلى السوق. في عمليات النفط والغاز، تعد مياه الصرف بالفعل واقعًا عمليًا رئيسيًا ومركز تكلفة، ومع ذلك يمكن أن تحتوي على تركيزات ليثيوم مهمة. تقدم تقنيات DLE وسيلة لتحويل تدفق نفايات كبير إلى تدفق إيرادات محتمل، في بيئات صناعية تعاني من ضيق المساحة حيث تكون البرك غير عملية. كما أنها تمكن من المعالجة المعيارية في الموقع، مما يساعد في تقليل أعباء النقل والتعامل.
-
ما هي الطرق الرئيسية لـ DLE المستخدمة اليوم، وكيف تعمل بمصطلحات بسيطة؟
النهجان الرائدان هما استخراج المذيب وامتصاص الأيونات / تبادل الأيونات. في استخراج المذيب، ينتقل الليثيوم من المحلول إلى مذيب عضوي مُركب خصيصًا يحتوي على مستخلص انتقائي. يتم بعد ذلك تنقية المرحلة العضوية المحتوية على الليثيوم “وإزالة” المذيب من أجل استعادة الليثيوم، ويتم تجديد المذيب للاستخدام مرة أخرى. في الامتصاص الأيوني، يتدفق المحلول على مواد صلبة انتقائية للليثيوم، غالبًا ما تكون راتنجات أو مواد قائمة على الألمنيوم أو المغنيسيوم، والتي ترتبط بالليثيوم في المواقع النشطة حتى تقترب من السعة. تتم تجديد المواد خلال إزالة الامتصاص باستخدام المياه أو محلول كيميائي، مما يحرر الليثيوم في تيار أكثر تركيزًا للتكرير اللاحق. يشبه تبادل الأيونات التصميمplant لكن يعتمد على التبادل الكيميائي للأيونات للحفاظ على توازن الشحنة.
-
أي نهج DLE هو الأكثر جاذبية تجاريًا لمياه الصرف المنتجة وما الذي يقود الاختيار؟
تفضل العديد من النشر التجريبي المبكر استخدام امتزاز الأيونات، بما في ذلك المنشآت الجديدة في أحواض النفط الأمريكية، لأنه غالبًا ما يقدم التوازن الأفضل بين تكلفة التشغيل، والملف البيئي، والاندماج العملي. يمكن أن تستخدم الامتصاص المياه العذبة لإزالة الامتصاص، مما يقلل من الاعتماد على الأحماض القوية ويقلل من تعقيد التعامل مع المواد الكيميائية، مما يمكن أن يحسن كل من التكاليف ونتائج الامتثال. ومع ذلك، فإن “أفضل” خيار هو محدد بالمحلول. يمكن أن يكون استخراج المذيب جذابًا لتدفقات الليثيوم ذات التركيز العالي ويمكنه فصل الليثيوم بكفاءة عن الأيونات المماثلة مثل الصوديوم، لكنه قد يتحمل تبعات بيئية وتكاليف بسبب المذيبات واستخدام الطاقة. يمكن أن يستهدف تبادل الأيونات المحاليل الأكثر تخفيفًا من الامتصاص وقد ينتج محلول ليثيوم أكثر تركيزًا مباشرة، ومع ذلك عادةً ما يعتمد على إزالة كيميائية قد تزيد من متطلبات OPEX ومعالجة النفايات.
-
ما هو دور تكنولوجيا الأغشية في DLE، ولماذا لم يتم نشرها على نطاق واسع بعد؟
تهدف DLE المعتمدة على الأغشية إلى العمل كمرشح انتقائي يتركز على أيونات الليثيوم من المحاليل المعقدة، مما قد يقلل من استخدام المواد الكيميائية، واستهلاك المياه، والبصمة الأرضية، بينما يحسن من النقاء. يمتد الاهتمام إلى العمليات المدفوعة بالضغط مثل الترشيح النانوي والتناضح العكسي، بالإضافة إلى الأساليب المدفوعة بالكهرباء مثل التحليل الكهربائي وإزالة الأيونات السعة. في التطبيق العملي، تظهر الأغشية بالفعل ضمن أجزاء من بعض تدفقات DLE، لكن لا يزال هناك طريقة تعتمد بالكامل على الأغشية لاستعادة الليثيوم تجاريًا في مراحلها الأولية. التحدي هو أن المحاليل الواقعية قاسية: يمكن أن تتسبب الملوحة العالية، والأيونات المختلطة، والملوثات في انسداد، وتقليل الانتقائية وزيادة تكاليف التشغيل. يعد الوعد كبيرًا، بما في ذلك إمكانية الوصول إلى نقاء بدرجة بطارية بكفاءة أكبر، لكن الأداء، والمتانة، والجدوى الاقتصادية لا تزال تحتاج إلى إثبات خارج نطاق السياقات التجريبية والمختبرية.
-
ما هي أكبر العقبات أمام توسيع DLE لمياه الصرف الناتجة عن النفط والغاز، وكيف يمكن للمشغلين تخفيفها؟
تظل التكلفة هي القيد السائد، حيث تشكل اللوجستيات وظروف التخلص غالبًا حالة العمل. كميات مياه الصرف الناتجة ضخمة، لكن نقل المياه إلى محطات مركزية يمكن أن يكون باهظ الثمن، خاصة حيث تكون الشبكات محدودة وتصبح الشاحنات هي الخيار الافتراضي. في المناطق ذات تنظيمات بيئية صارمة، يمكن أن تزيد معالجة النفايات المرتبطة بالمواد الكيميائية والمذيبات واستخدام الطاقة والبصمة المائية من تكلفة التشغيل OPEX بشكل كبير. يمكن للمشغلين تقليل العقبات من خلال إعطاء الأولوية للمعالجة المعيارية في الموقع أو بالقرب منه لتقليل النقل، واستغلال البنية التحتية القائمة على النفط، واختيار طريقة DLE متوافقة مع كيمياء المحلول الخاصة بهم ونظام الامتثال المحلي. على المدى البعيد، يمكن أن يساعد تحسين البنية التحتية لمعالجة المحلول واستراتيجية “حل المحلول الكامل” – استعادة المعادن القيمة الأخرى إلى جانب الليثيوم – في زيادة الربحية والقدرة على التحمل ضد تقلبات أسعار السلع الأساسية.