Homerun Resources, Inc. baut in Bahia, Brasilien, Quarzsand ab. Proben des Sandes werden zur Untersuchung hinsichtlich seiner Reinigung und zur Herstellung von hochwertigem Siliziumkarbid an die UC Davis geschickt. (Mit freundlicher Genehmigung von Homerun Resources, Inc.)
Von Jessica Heath für engineering.ucdavis.edu am 9. Oktober 2024 (freie Übersetzung aus dem Englischen)
Forschende aus den Bereichen Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der University of California, Davis, und das Materialunternehmen Homerun Resources Inc. haben eine bahnbrechende Ein-Schritt-Laserimpulstechnik entwickelt, mit der Rohquarzsand auf eine Reinheit von über 99,99% gereinigt werden kann. Die Methode ist der erste Schritt einer Zusammenarbeit, deren Ziel es ist, einen CO₂-neutralen Prozess zur Gewinnung von Silizium aus Quarzsand zu entwickeln.
Das Projekt begann, als Subhash Risbud, emeritierter Distinguished Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der UC Davis, über einen gemeinsamen Freund mit Brian Leeners, CEO des kanadischen Materialunternehmens Homerun Resources, in Kontakt kam.
Leeners suchte jemanden, der die Reinigung des Rohquarzands, den das Unternehmen in Bahia, Brasilien, abbaute, mit Hilfe von Lasern als potenziell umweltfreundliche Reinigungsmethode untersuchen sollte.
Risbud, der über langjährige Erfahrung in der Erforschung von Glas verfügt, das zum Großteil aus Siliziumdioxid besteht, hatte bereits in früheren Studien mit Quantenpunkt-Nanostrukturen Laser eingesetzt und war an der Weiterverfolgung von Leeners‘ Theorie interessiert.
Arish Naim, Doktorand im Bereich Materialwissenschaften und Ingenieurwesen, war seit kurzem Risbuds Mentor und wollte sich aufgrund des Aspekts der sauberen Energie gerne an dem Projekt beteiligen. Risbud, Naim und Leeners entwickelten einen Vorschlag für Homerun Resources, wobei Naim die Leitung der Experimente übernahm.
Aus Sandkörnern
Zunächst wird der rohe Quarzsand homogenisiert, d.h. alle Partikel werden auf die gleiche Größe gebracht, damit die Wärme gleichmäßig auf die Probe einwirkt. Der Sand wird in einem Vakuum versiegelt und mit Lasern behandelt – an der UC Davis verwendet Naim den Laser der Physikabteilung im Crocker Nuclear Laboratory –, die im Femtosekundenbereich für unterschiedliche Zeiträume zwischen 2 und 24 Stunden gepulst werden. (Die genauen Spezifikationen werden derzeit geprüft.)
Naim hatte auch thermische und Ofenbehandlungen mit unterschiedlichen Ergebnissen versucht, aber als sie die Daten aus der Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) des Laserexperiments berechnete, war sie verblüfft. Nach einigen Anpassungen der Versuchsparameter ergab das Experiment eine Reinheit von über 99,99% Siliziumdioxid.
„Ich wandte mich an den Mitarbeiter, der die XRF für mich durchführt, und fragte: ‚Glaubst du, dass das der richtige Wert ist?‘ Er antwortete: ‚Ja, ich glaube, das ist der richtige Wert.‘ Ich fragte: ‚Ist das dein Ernst?‘ Es war eine Bestätigung, es war aufregend, es war emotional. Es war ein bemerkenswerter Tag, den ich nie vergessen werde.“
Risbud weist darauf hin, dass Siliziumdioxid in dieser Reinheit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten hat. Siliziumwafer werden beispielsweise in Halbleiterbauelementen, Solarzellen, LEDs, Kommunikationssystemen und Sensoren in Smartphones und der medizinischen Bildgebung verwendet.
Gereinigtes Siliziumdioxid („silica“) kann auch in Siliziumkarbid umgewandelt werden, das in der Halbleiterindustrie zunehmend als Ersatz für Siliziumchips gefragt ist. Seine Eignung für den Einsatz unter extremen Bedingungen macht es praktisch für Elektrofahrzeuge, medizinische Sensoren, die Weltraumforschung und erneuerbare Energiesysteme.
Leeners, der seit 30 Jahren in der Forschung und Entwicklung im Bereich Technologie und Materialwissenschaften tätig ist, war von dem schnellen und gewünschten Ergebnis begeistert und erfreut.
„Dinge geschehen nie schnell, und Träume werden selten zu 100% erfüllt. Als Subhash und Arish zurückkamen und sagten: ‚Ja, wir haben den ersten Test durchgeführt und fünf Neunen erreicht‘, war ich total begeistert“, sagte er. „Wir wussten, dass Siliziumdioxid das leisten kann, aber wir wussten nicht, ob der Laser dazu in der Lage ist.“
Der Weg zu saubererem Silizium
Das Team hat sich zum Ziel gesetzt, das gereinigte Siliziumdioxid in Siliziumkarbid umzuwandeln und es dann so weit zu veredeln, dass es in Anoden für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann. Naim hat die Sommermonate im Lawrence Berkeley National Laboratory damit verbracht, an der besten Methode für die Umwandlung in Siliziumkarbid zu arbeiten.
„Die Reinigung des Siliziums war der erste Schritt“, erklärte Naim. „Das Endziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Wertschöpfungskette an der Schnittstelle zwischen der Batterie- und der Minenindustrie, um die Umstellung auf saubere Energie in den USA zu unterstützen. Dies wird für die Siliziumindustrie, die Batterieindustrie und die Siliziummetallurgie von Vorteil sein. Es handelt sich um ein ganzheitliches Projekt.“
Die Verwendung sauberer Energie zur Reinigung von Rohsiliziumdioxid und zur Erzeugung von Siliziumkarbid in Batteriequalität war einer der Gründe, warum Laser gegenüber den üblichen Techniken in Betracht gezogen wurden.
„Die Idee ist, dass man Sand nimmt, der Verunreinigungen enthält“, sagte Risbud. „Man erhitzt ihn, und die Verunreinigungen verdampfen. Normalerweise geschieht dies auf chemischem Wege, d.h. man gibt Säure hinzu, laugt es aus, wäscht es oder führt eine Reihe von Schritten in der Mineralogie und Materialwissenschaft durch.“
Der Traum, so Leeners, ist es, ein vollständig umweltfreundliches Verfahren zu entwickeln, bei dem diese Chemikalien – die relativ sicher sind und im Reinigungsprozess nicht nach außen gelangen – gar nicht erst zum Einsatz kommen.
„Theoretisch könnte man eine Solaranlage bauen, die den Strom für die thermische Verarbeitung mit Lasern liefert, wodurch Silizium entsteht, das wiederum durch Silizium-Photovoltaik zu mehr Solarenergie recycelt wird“, sagte er. „Das hat das Potenzial für einen eleganten industriellen Kreislauf.“
Eine starke Partnerschaft
Naim und Risbud arbeiten mit Leeners daran, einen ähnlichen Weg für die Gewinnung von Quarz aus Silizium aus British Columbia zu finden…
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Eine ausführlichere Erörterung dieser Risikofaktoren und ihrer möglichen Auswirkungen finden Sie in den öffentlichen Unterlagen von Homerun Resources Inc., die über das Profil des Unternehmens auf SEDAR unter www.sedarplus.ca abgerufen werden können. Alle Aussagen in den Berichten von Rockstone und im Videointerview, mit Ausnahme von Aussagen über historische Fakten, sind als zukunftsgerichtete Aussagen zu betrachten. Ein Großteil der Berichte von Rockstone und des Videointerviews besteht aus Prognosen. Solche Aussagen beinhalten bekannte und unbekannte Risiken, Ungewissheiten und andere Faktoren, die dazu führen können, dass die tatsächlichen Ergebnisse oder Ereignisse wesentlich von den in diesen zukunftsgerichteten Aussagen erwarteten abweichen. Es kann nicht garantiert werden, dass sich solche Aussagen als zutreffend erweisen, da die tatsächlichen Ergebnisse und zukünftigen Ereignisse wesentlich von den in solchen Aussagen erwarteten abweichen können. Zu den Risiken und Ungewissheiten zählen, dass die vorgeschlagene Technologie nicht kommerziell rentabel ist und die Zusammenarbeit erfolglos bleibt, dass Homerun keine geeigneten Abnehmer für diese Quarzsandlieferungen findet, Unsicherheiten hinsichtlich der zukünftigen Produktion, ungewisse Kapitalausgaben und sonstige Kosten, dass die Finanzierung und der zusätzliche Kapitalbedarf für die Exploration, Erschließung und Erweiterung der Mine nicht zu angemessenen Kosten oder überhaupt nicht verfügbar sind, dass die Mineralgehalte und -mengen des Projekts nicht so hoch sind wie erwartet; dass die bisher gefundenen Proben und historischen Bohrungen nicht auf ein weiteres Potenzial der Grundstücke schließen lassen; dass die bei Probenahmen und Bohrungen festgestellte Mineralisierung unwirtschaftlich ist; dass die angestrebten Vorkommen nicht erreicht werden können; dass weitere Genehmigungen nicht rechtzeitig erteilt werden; dass gesetzliche, politische, soziale oder wirtschaftliche Entwicklungen in den Rechtsordnungen, in denen Homerun oder seine Partner tätig sind, den Fortschritt behindern können; Es besteht möglicherweise keine Einigung mit Nachbarn, Partnern oder Behörden über die Entwicklung der Infrastruktur. Es können betriebliche oder technische Schwierigkeiten oder Kostensteigerungen im Zusammenhang mit Explorations-, Abbau- oder Erschließungsaktivitäten auftreten. Die Fähigkeit, wichtige Mitarbeiter zu halten und den Betrieb zu finanzieren, kann eingeschränkt sein. Die Aktienkurse dieser Unternehmen können aufgrund vieler Faktoren fallen, darunter die hier aufgeführten und andere, die in den Offenlegungen der Unternehmen und anderer Bergbau-Explorationsunternehmen aufgeführt sind. Die zum Zeitpunkt der Gewinnung der Ressource verfügbaren Rohstoffpreise reichen möglicherweise nicht aus, um einen wirtschaftlichen Abbau zu gewährleisten. Dementsprechend sollten sich Leser nicht übermäßig auf zukunftsgerichtete Informationen verlassen. Rockstone und der Autor dieses Berichts übernehmen keine Verpflichtung, die in diesem Bericht gemachten Aussagen zu aktualisieren, es sei denn, dies ist gesetzlich vorgeschrieben. 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