وعد الطاقة الانصهار هو قوة رخيصة وفيرة للكوكب بأكمله. لقد حقق العلماء تقدمًا مذهلاً نحو تحقيقه على نطاق واسع ، ولكن لا يزال هناك العديد من المشكلات التي تعيقها. واحد منهم هو إنتاج الوقود ، والذي يتطلب كميات كبيرة من الليثيوم المخصب. كان إثراء الليثيوم كارثة بيئية ، لكن الباحثين في تكساس يعتقدون أنهم وجدوا طريقة للقيام بذلك بثمن بخس وعلى نطاق دون تسمم العالم.
اكتشف فريق من الباحثين في جامعة Texas A&M العملية الجديدة عن طريق الصدفة أثناء العمل على طريقة لتنظيف المياه الجوفية الملوثة أثناء استخراج النفط والغاز. تم نشر البحث للتو في المجلة العلمية Chem تحت عنوان “إثراء النظائر الكهروكيميائية 6 ليثوم بناءً على الإدراج الانتقائي في V2O5 منظمة النفق 1D.”
تأثير البحث على الانصهار النووي قد يكون هائلاً. وقال Sarbajit Banerjee ، الأستاذ والباحث في Eth Zürich و Texas A&M وأحد مؤلفي الورقة ، لـ Gizmodo: “الانصهار النووي هو المصدر الرئيسي للطاقة المنبعثة من قبل نجوم مثل Sun”. تتضمن أبسط طريقة للقيام بالانصهار على الأرض بدلاً من الفضاء نظائر التريتيوم والدوتيريوم. التريتيوم نادر ومشع ، لذا فإن المفاعلات “تولد” حاليًا عند الطلب لتوليد الطاقة.
أنها تولد التريتيوم من خلال قصف نظائر الليثيوم مع النيوترونات. معظم الليثيوم على هذا الكوكب ، أكثر من 90 ٪ منه ، هو الليثيوم 7. يعمل تربية التريتيوم بشكل أكثر كفاءة مع الليثيوم النادر للغاية. “عندما يتم استخدام 7LI ، نظير الليثيوم الأكثر شيوعًا ، يكون إنتاج التريتيوم أقل كفاءة مقارنة بـ 6li” ، قال بانيرجي. “على هذا النحو ، تستند تصميمات المفاعل الحديثة إلى بطانيات تربية مع نظير 6LI المخصب الذي يجب استخلاصه على وجه التحديد من الليثيوم الطبيعي.”
يمكنك تحويل خلائط وفير بشكل طبيعي من نظائر الليثيوم إلى الليثيوم 6 ، “إثراء” ، ولكن العملية هي كابوس سام. “من عام 1955 إلى عام 1963 ، أنتجت الولايات المتحدة 6LI في مصنع Y12 في مختبر Oak Ridge الوطني في تينيسي لتطبيقات الأسلحة الحرارية النووية ، مع الاستفادة من الفرق الطفيف في قابلية ذوبان 6LI و 7LI في الزئبق السائل” ، قال Banerjee. “هذا لم يسير على ما يرام.”
وقال “تم إطلاق حوالي 330 طن من الزئبق في المجاري المائية وتم إغلاق العملية في عام 1963 بسبب المخاوف البيئية”. الزئبق هو مادة كابوس سامة يصعب تنظيفها. بعد 60 عامًا ، لا تزال المعادن الثقيلة من عملية استخراج الليثيوم 6 من الخلائط الوفيرة بشكل طبيعي تسمم تينيسي اليوم. يعد تنظيف بقايا الكارثة البيئية مشروعًا رئيسيًا للمقيمين الحاليين في Oak Ridge National Lab.
خلال مشروع مختلف ، طور الفريق في Texas A&M مركبًا يسمى Zeta-V2O5 الذي استخدمه لتنظيف المياه الجوفية. عندما ركض الماء عبر هذا الغشاء ، لاحظت شيئًا غريبًا: لقد كان جيدًا حقًا في عزل الليثيوم 6. قرر الفريق معرفة ما إذا كان بإمكانه حصاد الليثيوم 6 من مخاليط نظائر الليثيوم دون الزئبق.
عملت.
وقال بانيرجي: “يستخدم نهجنا مبادئ العمل الأساسية لبطاريات ليثيوم أيون وتقنيات تحلية المياه”. “نقوم بإدراج ion ions من تيارات المياه المتدفقة داخل الأنفاق أحادية البعد من Zeta-V2O5 … تفضل إسفنجة LI الانتقائية لدينا بتفضيلات خفية ولكنها مهمة لـ 6li على 7li التي تتيح عملية أكثر أمانًا لاستخراج الليثيوم من الماء مع انتقائية نظير.”
Banerjee هذا يمكن أن يؤدي إلى تغيير هائل في كيفية تطوير الوقود لمولدات الاندماج. كما أنه لا يتطلب إعادة تصميم ضخمة للمفاعلات الموجودة. وقال: “يحدد عملنا طريقًا للتغلب على مشكلة في سلسلة التوريد الرئيسية للانصهار. ومع ذلك ، لكي نكون واضحين ، فإننا لا نعيد تصميم المفاعلات الفعلية – Tokamaks أو المسلمين – على الرغم من وجود إثارة حديثة هائلة بشأن الابتكارات والتصاميم الجديدة في فيزياء البلازما” ، قال.
الكثير من الناس يصرخون على الانصهار كونه الطريق نحو الطاقة الرخيصة والوفرة. لقد سمعت حياتي كلها أن الاختراق الذي سيجعله حقيقيًا هو “قاب قوسين أو أدنى”. لقد كان الامتناع المستمر الذي أصبح قليلاً من النكتة. في العام الماضي فقط ، سأل نشرة العلماء الذريين عما إذا كان الانصهار “قد يكون” طاقة الغد إلى الأبد “.
لكن بانيرجي كان يأمل. وقال “على الرغم من التحديات المذهلة ، فإن الانصهار كبير جدًا من جائزة الاستسلام”. “لقد كانت الإمكانات التحويلية واضحة ولكن كانت هناك فجوات مهمة في التصميمات الهندسية ، وعلوم المواد للبيئات القاسية ، وفهم تعقيد عمليات البلازما لتعداد بعض الثغرات فقط.