جداسازی لیتیوم-۶ بدون جیوه؛ گامی نوین به سوی انرژی هسته‌ای پاک

به گزارش خبرگزاری ایمنا^[2] و به نقل از ساینس دیلی، در تحولی چشمگیر در عرصه انرژی هسته‌ای، پژوهشگران موفق شدند با بهره‌گیری از یک روش نوآورانه، لیتیوم -۶ را بدون استفاده از مایع جیوه که از سال ۱۹۶۳ در آمریکا ممنوع بوده، از لیتیوم -۷ جدا کنند. این روش جدید که به تازگی در مجله «Chem» از انتشارات Cell Press منتشر شده است، به دلیل حذف نیاز به مواد سمی و بهره‌وری رقابتی با روش قدیمی COLEX، امیدها را به سوی دستیابی به سوخت هسته‌ای پاک افزایش می‌دهد.

لیتیوم -۶ از اجزای کلیدی در تولید سوخت همجوشی هسته‌ای به‌شمار می‌رود و جداکردن آن از لیتیوم -۷، که در طبیعت بسیار فراوان‌تر است، تا کنون چالشی بزرگ به حساب می‌آمد، روش مرسوم COLEX با استفاده از مایع جیوه، به دلیل آلودگی شدید و خطرات زیست‌محیطی، از سال‌ها پیش ممنوع اعلام شده بود. پژوهشگران با الهام از فرایندهای تصفیه آب‌های حاصل از حفاری نفت و گاز، به بررسی خواص یک ماده نوین به نام زتا-وانادیم اکسید (ζ-V۲O۵) پرداختند. این ترکیب غیرآلی در آزمایشگاه سنتز شده و به دلیل داشتن شبکه‌های تونلی یک‌بعدی، قابلیت جذب انتخابی یون‌های لیتیوم را داراست.

در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، تیم پژوهشی یک سلول الکتروشیمیایی مجهز به کاتدی از ζ-V2O5 راه‌اندازی کردند، با عبور محلول آبی حاوی یون‌های لیتیوم از این سلول و اعمال ولتاژ، یون‌های لیتیوم به سمت ماتریس منفی ζ-V2O5 جذب شدند. به علت تفاوت جرم بین لیتیوم -۶ و لیتیوم -۷، یون‌های سبک‌تر (لیتیم -۶) تمایل بیشتری به باقی ماندن در تونل‌ها داشتند و در نتیجه جداسازی با دقت بالایی انجام شد، تغییر رنگ ζ-V۲O۵ از زرد روشن به سبز زیتونی به عنوان شاخصی برای نظارت بر میزان جداسازی عمل کرد.

مطالعات نشان داد که یک سیکل الکتروشیمیایی می‌تواند غلظت لیتیوم -۶ را به میزان ۵.۷ درصد افزایش دهد و با تکرار حدود ۲۵ سیکل، حداقل ۳۰ درصد غلظت مورد نیاز برای سوخت هسته‌ای به دست می‌آید؛ در حالی که تکرار حدود ۴۵ سیکل به ۹۰ درصد غلظت می‌رسد، سرباجیتبانرجی، شیمیدان و نویسنده ارشد پژوهش از ETH زوریخ و دانشگاه Texas A&M اظهار داشت: «این روش بدون جیوه، مسیر تازه‌ای برای غلبه بر مانع بزرگ در تولید سوخت همجوشی هسته‌ای است».

او افزود که این دستاورد می‌تواند زمینه را برای استفاده از فناوری‌های مشابه در جداسازی سایر ایزوتوپ‌ها، به ویژه جداسازی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو از غیر رادیواکتیو، فراهم سازد.

در حال حاضر، تیم تحقیقاتی گام‌های نخست برای مقیاس‌بندی صنعتی این فرایند برداشته و امید دارند با حمایت‌های آتی بتوانند این فناوری نوین را به یک راهکار عملی و مقرون به صرفه تبدیل کنند، این نوآوری می‌تواند به عنوان یکی از سنگ بناهای تحول‌آفرین در حوزه انرژی پاک و پایدار در دهه‌های آینده مطرح شود.