فناوری چاپ سه‌بعدی برای بازیابی عناصر حیاتی از پسماند در آمریکا

فناوری نوین Supra Elemental Recovery Inc.

شرکت Supra Elemental Recovery Inc.، که به عنوان یک شرکت زایشی (Spinout) از دانشگاه تگزاس در آستین شکل گرفته، اعلام کرده است که فناوری اختصاصی آن قادر به استخراج مواد معدنی با خلوص بالا از منابع داخلی پسماند است. این مواد شامل عناصر حیاتی مانند لیتیوم، کبالت، گالیوم و اسکاندیوم هستند که نقش کلیدی در تولید نیمه‌هادی‌ها، باتری‌ها، آهنرباها و سامانه‌های دفاعی ایفا می‌کنند.

این استارتاپ فعالیت خود را با جذب سرمایه اولیه ۲۵۰ هزار دلاری از صندوق UT Seed Fund آغاز کرده است. هدف اصلی Supra، ارائه پلتفرمی تجاری برای استخراج مواد معدنی از باطله‌های معدنی، محصولات جانبی صنعتی و زباله‌های الکترونیکی در سراسر ایالات متحده است.

پاسخ به تقاضای فزاینده جهانی

با گسترش بی‌سابقه صنایع تراشه‌سازی، الکتریکی‌سازی و تولید پیشرفته، تقاضا برای عناصر حیاتی به طور چشمگیری افزایش یافته است. با این حال، فرآیند پالایش و جداسازی این مواد با خلوص بالا همچنان دشوار و پرهزینه است. روش‌های رایج استخراج معمولاً به تجهیزات سنگین، مواد شیمیایی خورنده و هزینه‌های عملیاتی بالا متکی هستند و در بسیاری موارد قادر به جداسازی مؤثر عناصر مشابه نیستند. این شرایط، آمریکا را همچنان به زنجیره‌های تأمین خارجی برای مواد استراتژیک وابسته نگه داشته است.

بنیان‌گذاران Supra بر این باورند که جریان‌های پسماند داخلی، منبعی کمتر مورد استفاده قرار گرفته برای تأمین این عناصر هستند. میلیون‌ها تن پسماند صنعتی و تجهیزات الکترونیکی دورریز، حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر قابل بازیابی‌اند، اما فناوری‌های فعلی استخراج اقتصادی و پاک آنها را دشوار کرده‌اند.

سامانه کارتریجی با چاپ سه‌بعدی

هسته اصلی فناوری این شرکت، یک کارتریج متخلخل چاپ سه‌بعدی است که عملکردی شبیه به اسفنج مولکولی دارد. در این سامانه، سیالات از درون کارتریج عبور می‌کنند و مواد هدف به صورت انتخابی با استفاده از حلال‌های ساده‌ای مانند آب و الکل جذب می‌شوند. این سیستم قابلیت‌های استخراج با حلال و تبادل یونی را در قالبی ماژولار و قابل استفاده مجدد ترکیب می‌کند.

این پلتفرم توسط تیمی چندرشته‌ای در دانشگاه تگزاس در آستین توسعه یافته است که شامل زکریا پیج (شیمیدان)، مایکل کالینن (متخصص نانوساخت) و جاناتان سسلر (از پیشگامان شیمی سوپرامولکولی) می‌شود. ترکیب دانش این پژوهشگران منجر به طراحی سامانه‌ای شده که با بهره‌گیری از دینامیک سیالات و تشخیص مولکولی، قادر به تفکیک عناصری است که معمولاً جداسازی آنها دشوار است.

قابلیت چاپ سه‌بعدی کارتریج‌ها، امکان سفارشی‌سازی برای مواد مختلف و مقیاس‌پذیری در محیط‌های صنعتی متنوع را فراهم می‌کند. این انعطاف‌پذیری به تولیدکنندگان، بازیافت‌کنندگان و فعالان معدنی اجازه می‌دهد سامانه‌های بازیابی متناسب با جریان پسماند خود طراحی کنند و همزمان هزینه‌ها را کاهش دهند.

رویکردی پاک‌تر برای فرآوری مواد معدنی

Supra فناوری خود را به عنوان جایگزینی پاک‌تر برای روش‌های سنتی پالایش معرفی می‌کند. حذف مواد شیمیایی سمی و کاهش نیاز به زیرساخت‌های سنگین، می‌تواند اثرات زیست‌محیطی فرآوری مواد معدنی را به طور قابل توجهی کاهش داده و مسیر استخراج پایدارتر عناصر حیاتی را هموار کند.

اهمیت راهبردی در زنجیره تأمین

علاوه بر عملکرد فنی، این شرکت به دنبال حل یک چالش راهبردی نیز هست: کاهش وابستگی آمریکا به منابع خارجی عناصر حیاتی. اختلالات زنجیره تأمین و محدودیت‌های صادراتی در سال‌های اخیر، آسیب‌پذیری صنایع الکترونیک، هوافضا و دفاعی را آشکار کرده‌اند.

مارک آرنولد، مدیر ارشد برنامه Discovery to Impact، معتقد است که این فناوری می‌تواند نحوه تأمین مواد کلیدی صنایع پیشرفته، هوافضا و دفاعی را متحول کند. همچنین، کیتی اولمان دورهام، مدیرعامل و هم‌بنیان‌گذار Supra، تأکید کرده است که توان رقابتی آمریکا در تولید پیشرفته به تأمین پایدار عناصر حیاتی وابسته است و این فناوری امکان بازیابی سودآور این عناصر از منابع داخلی را فراهم می‌کند.

راه‌اندازی Supra نمونه‌ای از روند رو به رشد تجاری‌سازی دستاوردهای دانشگاهی است؛ روندی که در آن دانشگاه‌ها نقش پررنگ‌تری در تبدیل نوآوری‌های آزمایشگاهی به سامانه‌های صنعتی و کاربردی ایفا می‌کنند.