Preliminary investigations of farm residues for the recovery by sorption of critical metals from seawater in a novel flow reactor
تُظهر هذه الدراسة أن المخلفات الزراعية، ولا سيما قشور البطاطس، تعمل كمواد امتزاز حيوي فعالة ومنخفضة التكلفة لاستعادة المعادن الحرجة مثل الفاناديوم والنيكل واليورانيوم من مياه البحر في مفاعل مبتكر ذي تدفق مستمر، مما يكشف أن ظروف التدفق تقلل بشكل كبير من تراكم المعادن مقارنة بالأنظمة الساكنة بسبب تضاؤل دور العمليات البيولوجية والمحفزة بالاختزال.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
ينتقل العالم نحو الطاقة النظيفة، وهو تحول يعتمد بشكل كبير على مجموعة محددة من المعادن. هذه المواد، التي تُسمى غالباً بالمعادن الحرجة، هي المكونات الأساسية للبطاريات، والإلكترونيات، وآلات المستقبل منخفض الكربون. وبينما نستخرجها حالياً من باطن الأرض، أصبح العثور على الخام أكثر صعوبة وتكلفة استخراجه تزداد. وقد وجه هذا الندرة أنظار العلماء نحو المحيطات؛ فالبحر خزان شاسع يحتوي على آثار ذائبة من هذه العناصر القيمة، لكن الكميات ضئيلة جداً لدرجة أن التقاطها يشبه محاولة العثور على حبة رمل محددة في شاطئ. ولجعل هذا الأمر ممكناً، يحتاج الباحثون إلى مواد يمكنها التقاط هذه المعادن من الماء بكفاءة وبتكلفة منخفضة. ومن الأفكار الواعدة استخدام النفايات الناتجة عن المزارع ومعالجة الأغذية — مثل قشور البطاطس أو قشور الفول السوداني — كإسفنج طبيعي لسحب هذه المعادن من مياه البحر.
قرر فريق من الباحثين في جامعة لانكستر اختبار هذه الفكرة بطريقة تحاكي العالم الحقيقي بشكل وثيق أكثر من المحاولات السابقة. فبدلاً من مجرد نقع هذه البقايا الزراعية في دلو من مياه البحر والانتظار حتى تستقر، قاموا ببناء نظام تتدفق فيه مياه البحر باستمرار فوق هذه المواد. هذا الإعداد، المعروف باسم المفاعل التدفيقي، يحاكي الحركة المستمرة للمحيط، وهي الطريقة التي يجب أن يعمل بها هذا النظام إذا ما استُخدم يوماً على نطاق واسع. لقد اختبروا أربعة أنواع مختلفة من النفايات: خشب البتولا، ومسحوق الثوم، وقشور الفول السوداني، وقشور البطاطس. وكان الهدف هو معرفة أي من هذه المواد المتواضعة يمكنها حجز معادن مثل اليورانيوم والفاناديوم والنيكل بشكل أفضل بينما تمر المياه بجانبها على مدار ثمانية وعشرين يوماً.
كشفت التجربة أن ليست كل مواد النفايات متساوية في القيمة. فعندما تدفقت مياه البحر عبر النظام، برزت قشور البطاطس كالفائز الواضح؛ فقد أثبتت أنها المادة الأكثر استقراراً، حيث حافظت على شكلها جيداً بينما نجحت في سحب اليورانيوم والفاناديوم والنيكل من الماء. كما أظهر مسحوق الثوم بعض القدرة على جذب المعادن، لكنه واجه صعوبة في البقاء محتوياً داخل المفاعل، حيث تشتت في الماء مما جعل من الصعب قياس أدائه الحقيقي. أما قشور الفول السوداني وخشب البتولا فقد أظهرا نتائج أضعف بكثير، بل إن بعضهما أطلق معادن أكثر في الماء مما التقطه. ومع ذلك، فإن قشور البطاطس قللت باستمرار من كمية اليورانيوم الذائب في الماء، مما أثبت قدرتها على العمل كمرشح فعال.
كان أحد أهم الاكتشافات في هذه الدراسة هو الفرق بين كيفية سلوك هذه المواد في مجرى متحرك مقابل حاوية ساكنة. ففي التجارب السابقة حيث كانت المياه تُترك ساكنة، بدت المواد وكأنها تمتص المعادن بسرعة كبيرة. ومع ذلك، في هذا النظام التدفيقي، كان مقدار المعدن الذي تم جمعه أقل بكثير. وهذا يشير إلى أن الامتصاص العالي الذي لوحظ في الماء الساكن لم يكن مجرد عمل المادة كإسفنجة؛ بل يبدو أن الكائنات الحية، مثل الأفلام البكتيرية الدقيقة التي تنمو على الأسطح، والتفاعلات الكيميائية المدفوعة بالبيئة، لعبت دوراً رئيسياً في الماء الساكن. وعندما ظلت المياه في حركة مستمرة، كانت هؤلاء المساعدون البيولوجيون والكيميائيون أقل فعالية، مما يعني أن المادة الخام نفسها ليست بقوة ما كان يُعتقد سابقاً.
وعلى الرغم من انخفاض الامتصاص في النظام التدفيقي، إلا أن قشور البطاطس تمكنت من تركيز المعادن إلى درجة مثيرة للاهتمام علمياً. فقد حسب الباحثون أنه لكي تكون المادة مفيدة حقاً للتعدين، يجب أن تركز المعادن إلى مستوى يقارب الصخر الذي نحفره حالياً. وبينما لم تصل قشور البطاطس إلى هذا المستوى العالي في هذا الاختبار المحدد، إلا أنها اقتربت أكثر من أي مادة أخرى وحافظت على هيكلها طوال التجربة التي استمرت شهراً. وتخلص الدراسة إلى أن استخدام نفايات المزارع لاستعادة المعادن من المحيط أمر ممكن تقنياً، لكنه يتطلب مزيداً من العمل. إذ يجب تحسين تصميم المفاعل، ربما عن طريق تغيير كيفية حركة المياه أو كيفية تثبيت النفايات، لمساعدة المواد على العمل بشكل أفضل. وتسلط الأبحاث الضوء على أنه بينما توفر الطبيعة طريقة رخيصة ومتجددة لجمع هذه الموارد الحرجة، فإن الطريق لجعلها واقعاً عملياً يتضمن فهم الرقصة المعقدة بين الماء، والنفايات، والحياة المجهرية بداخلها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.