کمی بیش از یک قرن پیش، کشف نفت در نزدیکی ال دورادو در جنوب غربی آرکانزاس، هیاهوی حفاری را آغاز کرد که نقشی در تثبیت این کشور به عنوان یک ابرقدرت انرژی جهانی ایفا کرد.
در اوج خود، این شهر که خود را "شهر بوم اصلی آرکانزاس" می‌نامد، میزبان بیش از 50 شرکت نفتی بود و اسماکوور بزرگترین میدان نفتی عملیاتی جهان محسوب می‌شد.
تولید در دهه‌های اخیر به شدت کاهش یافته است و حفاران اکنون در اسماکوور به دنبال چیز جدیدی حفاری می‌کنند: لیتیوم، عنصری فلزی که جزء کلیدی باتری‌های قابل شارژ مورد استفاده در خودروهای برقی، گوشی‌های هوشمند و تجهیزات دفاعی است.
مخازن آب شور زیرزمینی که در سراسر آرکانزاس و ایالت‌های همجوار جریان دارند، حاوی غلظت بالایی از این فلز سفید نقره‌ای هستند؛ مطالعه‌ای از سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده که در اکتبر منتشر شد، تخمین زد که کل منابع فقط در جنوب غربی آرکانزاس تا 19 میلیون تن می‌رسد. حتی اگر همه این مقدار قابل استخراج نباشد، می‌تواند به راحتی برای تامین کل تقاضای فعلی لیتیوم در ایالات متحده کافی باشد.
اکسون‌موبیل، اوکسیدنتال پترولیوم و اکوینور از جمله ده‌ها شرکتی هستند که به دنبال حفاری برای آب شورهای لیتیوم در این منطقه هستند. آنها در حال آزمایش استخراج مستقیم لیتیوم (DLE) هستند، فناوری نوظهوری که طرفداران آن می‌گویند می‌تواند از یک صنعت چند میلیارد دلاری در ایالات متحده حمایت کند و تسلط فعلی چین بر زنجیره‌های تامین باتری لیتیوم-یون را سست کند.
اندی رابینسون، زمین‌شناس و یکی از بنیانگذاران استاندارد لیتیوم، که به دنبال توسعه یک پروژه 1.5 میلیارد دلاری در نزدیکی ال دورادو با مشارکت گروه انرژی نروژی اکوینور است، می‌گوید: «DLE می‌تواند برای صنعت و اقتصاد لیتیوم ایالات متحده همان کاری را انجام دهد که فرکینگ حدود 20 سال پیش برای صنعت نفت ایالات متحده انجام داد.»
طرفداران می‌گویند DLE جایگزین سریع‌تر و کم‌خسارت‌تری برای محیط زیست نسبت به روش‌های استخراج موجود ارائه می‌دهد. برای شرکت‌های نفتی که مهارت‌های گسترده‌ای در حفاری، پمپاژ و فرآوری سیالات دارند، این فناوری روشی مفید برای متنوع‌سازی کسب‌وکارشان است.
رابینسون اضافه می‌کند: «ما می‌توانیم صنعتی بسازیم که برای دهه‌ها شغل‌های خوب و پردرآمد ایجاد کند و در این فرآیند تامین ماده معدنی کلیدی باتری آمریکا را تضمین کند.»
این صنعت نوپا حامیان قدرتمندی از جمله رئیس جمهور دونالد ترامپ را به خود جلب کرده است، که تولید مواد معدنی حیاتی در داخل و خارج را در اولویت قرار داده است. ماه گذشته، دولت او کارخانه آزمایشی لیتیوم استاندارد را به عنوان یکی از 10 پروژه مواد معدنی حیاتی برای بهره‌مندی از فرآیند مجوز تسریع شده جدید انتخاب کرد. این سرمایه‌گذاری قبلاً 225 میلیون دلار کمک مالی از دولت قبلی دریافت کرده بود.
اما کارشناسان هشدار می‌دهند که پیشگامان لیتیوم در ایالات متحده باید ثابت کنند که فناوری جدید می‌تواند در مقیاس تجاری موفق باشد و با هر دو فناوری استخراج موجود و پروژه‌های رقیب DLE در کشورهای کم‌هزینه‌تر رقابت کند.
بازار لیتیوم نیز به شدت سیاسی شده است. تولیدکنندگان آمریکایی می‌گویند که چین، که بزرگترین بازیگر در فرآوری لیتیوم و تولید باتری است، عمداً بازار لیتیوم را اشباع کرده و قیمت‌ها را کاهش داده است، با هدف ناکام گذاشتن ورودی‌های جدید و حفظ تسلط خود. قیمت کربنات لیتیوم از اوج خود در نوامبر 2022 حدود 80 درصد سقوط کرده و به حدود 9000 دلار در هر تن رسیده است.
پکن همچنین اقدام به محدود کردن صادرات برخی فناوری‌ها و مواد مورد نیاز برای فرآوری لیتیوم و سایر مواد معدنی حیاتی کرده است که برای صنایع دفاعی، خودروسازی و نیمه‌هادی ضروری هستند.
دیوید پارک، مدیر عامل استاندارد می‌گوید: «تصادفی نیست که چین در زمانی که چندین پروژه قدرتمند آمریکایی در حال تکمیل مطالعات امکان‌سنجی و مهندسی و تلاش برای تامین مالی بودند، شروع به دستکاری تهاجمی بازار لیتیوم کرد.»
فدریکو گی، تحلیلگر در بنچمارک مینرال اینتلیجنس، یک گروه تحقیقاتی، می‌گوید: «فناوری DLE پتانسیل تغییر شکل بازارهای جهانی لیتیوم در دهه آینده و کمک به شرکت‌های آمریکایی برای به دست آوردن جای پایی در این صنعت را دارد.»
«اما ابتدا آنها باید ثابت کنند که می‌توانند بر چالش‌های فنی، مالی و استراتژیک غلبه کنند.»
برای بخش عمده قرن بیستم تولید لیتیوم یک صنعت کوچک بود، که بازتاب دهنده کاربردهای محدود این ماده معدنی بود.
این عنصر بیشتر به عنوان ماده تشکیل دهنده در گریس، کلاهک‌های هسته‌ای و بعدها به عنوان داروی تثبیت کننده خلق و خو استفاده می‌شد. زمانی در نوشیدنی محبوب 7-Up وجود داشت، تا زمانی که مقامات آمریکایی استفاده از نمک‌های لیتیوم در نوشیدنی‌ها را در سال 1948 ممنوع کردند.
اما تجاری‌سازی باتری‌های لیتیوم-یون در اوایل دهه 1990 توسط گروه فناوری ژاپنی سونی، و اخیراً استفاده از آنها در خودروهای برقی و سایر محصولات پیشرفته، تقاضا را به اوج رسانده است که در حال تغییر صنعت است.
به گفته گروه تحقیقاتی انرژی وود مکنزی، بین سال‌های 2020 تا 2024 تقاضای جهانی برای لیتیوم سه برابر شده و به حدود 1.2 میلیون تن رسیده است. این گروه پیش‌بینی می‌کند که مصرف لیتیوم تا سال 2050 به 5.8 میلیون تن خواهد رسید. برای تامین تقاضا، تولیدکنندگان در دهه گذشته استخراج سنگ سخت در استرالیا و چین و استخراج آب شور لیتیوم در آمریکای لاتین را گسترش داده‌اند، که به این سه منطقه کنترل بیش از 80 درصد صنعت استخراج را داده است.
استخراج لیتیوم از سنگ سخت بسیار شبیه به هر فرآیند تولید فلز دیگری است؛ سنگ‌های معدنی مانند اسپودومن (spodumene) از معادن روباز استخراج می‌شوند، خرد می‌شوند و به صورت شیمیایی فرآوری می‌شوند تا لیتیوم جدا شود.
استخراج آب شور شامل پمپاژ آب شور غنی از لیتیوم به داخل حوضچه‌های بزرگ است، معمولاً در مناطقی با آب و هوای گرم و خشک. آب به تدریج تبخیر می‌شود و نمک‌های لیتیوم تغلیظ شده را باقی می‌گذارد که می‌توانند فرآوری شوند.
تا همین اواخر، معدنچیان لیتیوم مستقر در ایالات متحده با مشکل روبرو بوده‌اند. آنها با هزینه‌های بالاتر، مقررات سختگیرانه‌تر معدن‌کاری و شرایط زمین‌شناسی و آب و هوایی نامناسب‌تر نسبت به "مثلث لیتیوم" در شیلی، آرژانتین و بولیوی مواجه هستند.
توسعه استخراج مستقیم لیتیوم (DLE)، که معمولاً شامل استفاده از حلال‌ها یا مواد سرامیکی برای جداسازی لیتیوم از آب شور است، همه چیز را تغییر داده است. DLE تنها چند ساعت طول می‌کشد تا لیتیوم را از آب شور جدا کند، در حالی که حوضچه‌های تبخیر می‌توانند تا 18 ماه طول بکشند.
به گفته وود مکنزی، نرخ بازیابی حدود 70 تا 90 درصد است، در مقایسه با 40 تا 60 درصد برای حوضچه‌های تبخیر، و DLE همچنین از زمین و آب کمتری استفاده می‌کند.
این فناوری همراه با کشف غلظت‌های بالای لیتیوم در آب شورهای میدان نفتی در تشکیل زمین‌شناسی اسماکوور (Smackover Formation)، که در سراسر آرکانزاس، لوئیزیانا، تگزاس، آلاباما، میسیسیپی و فلوریدا گسترده است، فرصتی را ایجاد کرده است. زیرساخت‌های نفت و شیمیایی موجود در این تشکیل زمین‌شناسی نیز دسترسی به این منابع را آسان‌تر از سایت‌های جدید می‌کند.
آب شورهایی که در سفره‌های آب زیرزمینی دو کیلومتر زیر منطقه پروژه استاندارد در شهرستان لافایت، آرکانزاس جریان دارند، حاوی بیش از 400 میلی‌گرم لیتیوم در هر لیتر هستند؛ سطحی که باید هزینه فرآیند استخراج DLE را به اندازه‌ای کاهش دهد که آن را سودآور کند.
فناوری DLE پتانسیل تغییر شکل بازارهای جهانی لیتیوم در دهه آینده و کمک به شرکت‌های آمریکایی برای به دست آوردن جای پایی در این صنعت را دارد
رابینسون در تور کارخانه آزمایشی استاندارد در فاصله 90 دقیقه‌ای منطقه پروژه استاندارد در لافایت می‌گوید: «ما همیشه می‌دانستیم که این منبع در آرکانزاس در کلاس جهانی است، اما باید راه حل فناوری برای استخراج آن را پیدا می‌کردیم. ما به این هدف دست یافته‌ایم.»
طی پنج سال گذشته، رابینسون و تیمش حدود 120 میلیون لیتر آب شور میدان نفتی را در این کارخانه، واقع در یک کارخانه شیمیایی متعلق به لانکسس (Lanxess)، یک شرکت آلمانی، فرآوری کرده‌اند.
در این فرآیند، لیتیوم استخراج شده و آب شور فرآوری شده مجدداً به سازند زمین‌شناسی تزریق می‌شود. این بازیافت آب، اثرات زیست‌محیطی را در مقایسه با حوضچه‌های تبخیر که مقادیر عظیمی آب مصرف می‌کنند، کاهش می‌دهد.
استاندارد لیتیوم قصد دارد اولین کارخانه تجاری در مقیاس بزرگ خود را در نزدیکی ال دورادو بسازد که ظرفیت تولید 20,900 تن کربنات لیتیوم با درجه خلوص باتری در سال را خواهد داشت. این شرکت انتظار دارد تا سال 2026 مجوزها را دریافت کرده و تامین مالی را نهایی کند و تولید در سال 2027 آغاز شود.
شرکت‌های دیگری نیز در حال فعالیت در سازند اسماکوور هستند. اکسون‌موبیل، بزرگترین شرکت نفتی ایالات متحده، با خرید شرکتی به نام دنبوری ریسورسز (Denbury Resources) در سال گذشته، به یکی از بزرگترین دارندگان حقوق مربوط به آب شور در این منطقه تبدیل شد. ماه گذشته، این شرکت اعلام کرد که قصد دارد تا سال 2027 تولید لیتیوم در مقیاس بزرگ را در جنوب آرکانزاس آغاز کند، با ظرفیت 10 هزار تن کربنات لیتیوم در سال.
اوکسیدنتال پترولیوم، یکی دیگر از شرکت‌های بزرگ نفتی، نیز فعالیت‌های استخراج DLE را در بخش تگزاس سازند اسماکوور آغاز کرده است. اکوینور، غول انرژی نروژی، شریک سرمایه‌گذاری مشترک استاندارد لیتیوم در آرکانزاس است و همچنین در حال بررسی پروژه‌های DLE در سایر نقاط ایالات متحده است.
جو بایدن نیز برای تقویت تولید لیتیوم داخلی تلاش کرده است. دولت او در سال 2022 قانون کاهش تورم (IRA) را تصویب کرد که میلیاردها دلار یارانه برای خودروهای برقی با باتری‌های ساخته شده از مواد معدنی فرآوری شده در ایالات متحده یا کشورهای متحد ارائه می‌دهد.
کوین بوکانان (Kevin Buchanan)، وکیل سابق شرکت نفتی و رئیس هیئت مدیره انجمن تولیدکنندگان مواد معدنی حیاتی آب شور آرکانزاس، می‌گوید که شرکت‌های نفتی به دلیل تخصص خود در مدیریت حجم بالای سیالات و حفاری در سازندهای زمین‌شناسی عمیق، برای استخراج DLE مناسب هستند.
او می‌گوید: «این شرکت‌ها به راحتی می‌توانند به یک صنعت DLE تبدیل شوند.»
برای شرکت‌های نفتی بزرگ، ورود به لیتیوم راهی برای استفاده از زیرساخت‌های موجود و متخصصان خود در مسیر گذار انرژی است. صنعت همچنین در حال جلب حمایت از سوی مقامات محلی است که به دنبال مشاغل و رونق اقتصادی هستند.
فرانکلین کالینز (Franklin Collins)، شهردار ال دورادو، می‌گوید: «این یک موهبت است. این یک فرصت فوق‌العاده برای منطقه ما برای بازگرداندن برخی از مشاغل و سرمایه‌گذاری است که طی سال‌ها از دست داده‌ایم.»
در حالی که DLE نوید بزرگی می‌دهد، این فناوری هنوز نیاز به اثبات در مقیاس تجاری دارد. چندین پروژه در سال‌های اخیر به دلیل چالش‌های فنی و هزینه‌های بالا متوقف شده‌اند. همچنین نگرانی‌هایی در مورد استفاده از مواد شیمیایی در فرآیند DLE و دفع آب شور فرآوری شده وجود دارد، حتی اگر به سازند بازگردانده شود.
گی از بنچمارک می‌گوید: «حوضچه‌های تبخیر و معادن سنگ سخت سال‌هاست که اثبات شده‌اند. DLE هنوز در مراحل اولیه است و برای دیدن اینکه آیا این فناوری می‌تواند در مقیاس بزرگ و با هزینه‌ای رقابتی موفق باشد، زمان لازم است.»
اما کسانی که در این صنعت نوپا فعال هستند خوش‌بین هستند. رابینسون از استاندارد لیتیوم معتقد است که با حمایت دولت و سرمایه‌گذاری بخش خصوصی، ایالات متحده می‌تواند در سال‌های آینده به یک بازیگر اصلی در بازار جهانی لیتیوم تبدیل شود.
او می‌گوید: «ما پتانسیل عظیمی در اینجا در سازند اسماکوور داریم و فناوری DLE کلید باز کردن این پتانسیل است. این فقط مسئله زمان و اراده است.»