Nth Cycle přináší rafinaci kritických kovů do USA

Podobně jako těžba ropy na Blízkém východě v 70. letech 20. století, i dnes Čína dominuje globální rafinaci kritických kovů, které tvoří základ americké ekonomiky. V 70. letech vedla závislost Ameriky na ropě k nedostatku, který zpomalil růst a způsobil obrovské cenové šoky. Ale v posledních desetiletích vytvořila americká technologie hydraulického štěpení nový způsob těžby ropy, čímž se země transformovala z jednoho z největších světových dovozců ropy na jednoho z největších vývozců.

Dnes USA potřebují další technologický průlom, aby zajistily domácí dodávky kovů, jako je lithium, kobalt, měď a vzácné zemské prvky, které jsou nezbytné pro vše od baterií po proudové motory a elektromotory. Společnost Nth Cycle si myslí, že má řešení.

Společnost byla spoluzaložena docentkou MIT Desirée Platou, generální ředitelkou Megan O'Connorovou a hlavním vědeckým pracovníkem Chadem Vecitisem za účelem získávání kritických kovů z průmyslového odpadu a rud pomocí patentované, vysoce efektivní technologie známé jako elektroextrakce.

„Amerika je neuvěřitelně bohatá na zdroje – jde jen o to, jak tyto zdroje vytěžit a přeměnit je pro použití. To je úloha rafinace,“ říká O'Connorová, která pracovala na elektroextrakci jako doktorandka s Platou, kdy obě působily na Duke University. „Zaplněním této mezery v dodavatelském řetězci můžeme učinit Spojené státy největším producentem kritických kovů na světě.“

Od loňského roku Nth Cycle vyrábí kobalt a nikl pomocí svého prvního komerčního systému ve Fairfieldu v Ohiu. Modulární rafinérské systémy společnosti, které jsou poháněny elektřinou namísto fosilních paliv, lze nasadit v zlomku času oproti tradičním rafinériím kovů. Nyní si Nth Cycle klade za cíl nasadit své modulární systémy po celých USA a Evropě, aby vytvořila nové dodavatelské řetězce pro materiály, které pohánějí naši ekonomiku.

„Asi 85 procent světových kritických minerálů se rafinuje v Číně, takže pro nás jde o ekonomickou a otázku národní bezpečnosti,“ říká O'Connorová. „I když zde materiály těžíme – máme jeden provozuschopný niklový důl v Michiganu – pak je posíláme do zahraničí k rafinaci. Tyto materiály jsou nezbytnými součástmi mnoha průmyslových odvětví. Vše od našich telefonů přes naše automobily až po naše obranné systémy na nich závisí. Ráda říkám, že kritické minerály jsou nová ropa.“

Z odpadu příležitost

V roce 2014 se O'Connorová a Plata zúčastnily přednášky Vecitise, tehdy profesora na Harvardově univerzitě, ve které hovořil o své práci s použitím elektrochemických filtrů k ničení kontaminantů v farmaceutických odpadních vodách. V rámci výzkumu si všiml, že materiál reagoval s kovem a vytvářel krystalickou měď ve filtrech. Po přednášce se Plata zeptala Vecitise, zda někdy uvažoval o použití tohoto přístupu pro separaci kovů. Neuvažoval, ale byl nadšený, že to zkusí.

V té době Plata a O'Connor studovaly odpadní vody bohaté na minerály, které vznikaly jako vedlejší produkt hydraulického štěpení pro ropu a zemní plyn.

„Původní myšlenka byla: Mohli bychom použít tuto technologii k extrakci těchto kovů?“ vzpomíná O'Connorová.

Zaměření se přesunulo na použití technologie k získávání kovů z elektronického odpadu, včetně zdrojů jako staré telefony, elektromobily a chytré hodinky.

Dnes výrobci a zařízení na recyklaci elektronického odpadu rozdrtí materiály na konci životnosti a pošlou je do obrovských chemických rafinérií v zahraničí, které kov zahřejí na roztavenou kapalinu a projdou jej řadou kyselin a zásad, aby oddestilovaly odpad zpět do čisté formy požadovaného kovu.

„Každá z těchto kyselin a zásad se musí přepravovat jako nebezpečný materiál a proces jejich výroby má velkou uhlíkovou stopu a energetickou náročnost,“ vysvětluje Plata. „To ztěžuje ekonomiku, aby se vyrovnala v ničem jiném než v obrovských, centralizovaných zařízeních – a i pak je to výzva.“

Spojené státy a Evropa mají přebytek materiálu na konci životnosti, ale je rozptýlen a environmentální předpisy zanechaly Západu jen málo škálovatelných možností rafinací. Místo budování rafinerie tým Nth Cycle postavil modulární rafinérský systém – nazvaný „The Oyster“ – který může snížit náklady, odpad a dobu uvedení na trh tím, že se bude nacházet na místě s recyklátory, horníky a výrobci. Oyster používá elektřinu, chemickou precipitaci a filtraci k vytvoření stejných rafinérských chemikálií jako tradiční metody. Dnes systém dokáže zpracovat více než 3 000 metrických tun šrotu ročně a dá se přizpůsobit pro výrobu různých kovů.

„Elektroextrakce je jeden z nejčistších způsobů, jak získat kov,“ říká Plata.

Nth Cycle obdržela počáteční podporu od amerického ministerstva energetiky a když Plata v roce 2018 přišla na MIT, Nth Cycle se stala součástí akcelerátoru startupů STEX25 programu MIT Industrial Liaison Program.

„To, co je tak důležité na místě jako MIT, je podnikatelský ekosystém a etos ‚tvrdých technologií‘ Cambridge,“ vysvětluje Plata. „To bylo nesmírně důležité pro úspěch Nth Cycle a jeden z důvodů, proč jsme společnost přesunuli do širší oblasti Bostonu. Přístup k talentům a trpělivému kapitálu byl klíčový.“

Přesun rafinací kovů do USA

Plata říká, že jeden z nejpyšnějších okamžiků její kariéry nastal loni na slavnostním zahájení výstavby prvního výrobního závodu Nth Cycle na výrobu smíšeného hydroxidu (niklu a kobaltu) v Ohiu. Mnoho nových zaměstnanců Nth Cycle v závodě dříve pracovalo v automobilových a chemických závodech ve městě, ale nyní pracují pro to, co Nth Cycle nazývá prvním komerčním závodem na rafinování niklu ze šrotu v zemi.

„Vize O'Connorové o pozvednutí lidí při pozvedání ekonomiky je inspirujícím standardem praxe,“ říká Plata.

Nth Cycle bude vlastnit a provozovat další systémy Oyster v obchodním modelu, který O'Connorová popisuje jako rafinace jako službu, kde si zákazníci vlastní konečný produkt. Společnost hledá partnerství se sběrnými dvory a zařízeními na sběr průmyslového šrotu, stejně jako s výrobci, kteří produkují odpad.

Nth Cycle se dnes většinou zaměřuje na získávání kovů z baterií, ale svůj proces použila také k získávání kobaltu a niklu z použitého katalytického materiálu v ropném a plynárenském průmyslu. Do budoucna doufá Nth Cycle, že svůj proces použije na největší zdroje odpadu: těžbu.

„Svět potřebuje více kritických minerálů, jako je kobalt, nikl, lithium a měď,“ říká O'Connorová. „Pouze dvě místa, kde se tyto materiály dají získat, jsou recyklace a těžba a oba tyto zdroje musí být chemicky rafinovány. Tam vstupuje do hry Nth Cycle. Mnoho lidí má negativní vnímání těžby, ale pokud máte technologii, která dokáže snížit odpad a emise, tak se tím získá více těžby v regionech, jako jsou USA. To je dopad, jaký chceme, aby tato technologie měla v západním světě.“