美国关键金属提炼的新希望：Nth Cycle的创新之路
在当今全球经济格局中，关键金属的供应安全已成为一个不容忽视的战略问题。正如上世纪70年代美国对中东石油的依赖一样，如今美国在锂、钴、铜和稀土等关键金属方面面临着类似的挑战。这些金属是现代经济的基石，广泛应用于电池、喷气发动机、电动马达等高科技产品中。为了摆脱对单一来源的依赖，美国亟需在关键金属提炼领域实现技术突破。
Nth Cycle公司应运而生，致力于通过创新技术重塑关键金属的提炼方式。这家由麻省理工学院（MIT）副教授Desirée Plata、首席执行官Megan O’Connor和首席科学家Chad Vecitis共同创立的公司，专注于利用其专利技术——电解提取，从工业废料和矿石中高效回收关键金属。
O’Connor强调，美国拥有丰富的资源，关键在于如何有效地提取和转化这些资源。她认为，通过填补供应链中的空白，美国有望成为全球最大的关键金属生产国。Nth Cycle的创新技术不仅具有经济价值，更关乎国家安全。
Nth Cycle的技术创新
Nth Cycle的核心技术是一种名为“电解提取”的创新工艺。与传统的化学提炼方法不同，电解提取利用电化学反应从废料和矿石中选择性地提取金属。这种方法不仅效率更高，而且更加环保，因为它减少了对有害化学品的使用，降低了能源消耗。
Nth Cycle的电解提取技术具有以下显著优势：
- 高效性： 电解提取能够选择性地提取目标金属，减少了杂质的干扰，提高了提取效率。
- 环保性： 相比传统的化学提炼方法，电解提取减少了对有害化学品的使用，降低了废气和废水的排放。
- 灵活性： Nth Cycle的模块化提炼系统可以根据不同的废料和矿石进行调整，适应性强。
- 经济性： 电解提取降低了能源消耗和化学品的使用，从而降低了生产成本。
“牡蛎”系统：模块化提炼的典范
为了实现关键金属提炼的去中心化和灵活性，Nth Cycle开发了一种名为“牡蛎”（The Oyster）的模块化提炼系统。这种系统可以部署在回收厂、矿场和制造厂等地的现场，减少了运输成本和时间，提高了响应速度。
“牡蛎”系统的工作原理是利用电解、化学沉淀和过滤等技术，将废料和矿石中的金属转化为高纯度的产品。该系统具有以下特点：
- 模块化设计： “牡蛎”系统由多个模块组成，可以根据客户的需求进行定制和扩展。
- 自动化控制： 系统采用先进的自动化控制技术，实现了无人值守运行，降低了人工成本。
- 远程监控： 通过互联网连接，可以对系统进行远程监控和管理，提高了运行效率。
俄亥俄州的成功实践
自去年以来，Nth Cycle已在俄亥俄州费尔菲尔德市的第一个商业系统中生产钴和镍。该公司的模块化提炼系统采用电力而非化石燃料驱动，部署时间仅为传统金属提炼厂的一小部分。目前，Nth Cycle计划在美国和欧洲部署其模块化系统，以建立新的材料供应链，为经济发展提供动力。
O’Connor指出，全球约85%的关键矿物在中国提炼，这对美国来说是一个经济和国家安全问题。即使在美国本土开采这些材料，也需要运往海外进行提炼。这些材料是多种行业的重要组成部分，从手机、汽车到国防系统都离不开它们。因此，关键矿物堪称“新石油”。
从废弃物中寻找机遇
2014年，O’Connor和Plata参加了Vecitis在哈佛大学举办的讲座。Vecitis在讲座中介绍了使用电化学过滤器去除制药废水中的污染物。作为研究的一部分，他注意到该材料与金属发生反应，在过滤器中产生结晶铜。讲座结束后，Plata询问Vecitis是否考虑过将这种方法用于金属分离。Vecitis对此很感兴趣，并表示愿意尝试。
当时，Plata和O’Connor正在研究水力压裂开采石油和天然气产生的富含矿物质的废水。
O’Connor回忆说：“最初的想法是：我们能否利用这项技术来提取这些金属？”
随后，研究重点转移到利用该技术从电子垃圾中回收金属，包括旧手机、电动汽车和智能手表等。
如今，制造商和电子垃圾处理厂将报废材料磨碎，然后运往海外的大型化工厂，这些化工厂将金属加热成熔融液体，并通过一系列酸和碱来将废料提炼成纯金属。
Plata解释说：“每一种酸和碱都必须作为危险品运输，而且制造它们的过程会产生大量的温室气体和能源消耗。这使得经济效益难以平衡，只能在大型集中式工厂中实现——即便如此，也是一个挑战。”
美国和欧洲拥有大量的报废材料，但这些材料分布分散，而且环境法规使得西方几乎没有可扩展的提炼方案。
Nth Cycle的团队并没有建造炼油厂，而是建立了一个模块化的提炼系统——被称为“牡蛎”——可以通过与回收商、矿商和制造商共同选址来降低成本、减少浪费和缩短上市时间。“牡蛎”利用电力、化学沉淀和过滤来制造与传统方法相同的金属提炼化学品。如今，该系统每年可以处理超过3000吨的废料，并且可以定制以生产不同的金属。
Plata说：“电解提取是回收金属最清洁的方法之一。”
Nth Cycle获得了美国能源部的早期支持，当Plata于2018年加入麻省理工学院时，Nth Cycle成为了麻省理工学院工业联络计划STEX25创业加速器的一部分。
Plata解释说：“在麻省理工学院这样的地方，最重要的是创业生态系统和剑桥的‘硬科技’精神。这对Nth Cycle的成功至关重要，也是我们将公司迁至大波士顿地区的原因之一。能够获得人才和耐心资本是关键。”
金属提炼回流
Plata表示，她职业生涯中最自豪的时刻之一是去年在俄亥俄州Nth Cycle的第一个混合氢氧化物（镍和钴）生产设施的破土动工仪式上。Nth Cycle在工厂的许多新员工以前曾在该镇的汽车和化工厂工作，但现在正在为Nth Cycle工作，Nth Cycle称这是该国第一个用于废料的商业镍提炼厂。
Plata说：“O’Connor在提升经济的同时提升人们的愿景是一种鼓舞人心的实践标准。”
Nth Cycle将拥有和运营其他的“牡蛎”系统，O’Connor将这种商业模式描述为提炼即服务，客户拥有最终产品。该公司正在寻求与废品场、工业废品收集设施以及产生废物的制造商合作。
Nth Cycle目前主要致力于从电池中回收金属，但它也已使用其工艺从石油和天然气行业的废催化剂材料中回收钴和镍。展望未来，Nth Cycle希望将其工艺应用于最大的废物来源：采矿。
O’Connor说：“世界需要更多的关键矿物，如钴、镍、锂和铜。获得这些材料的唯一两个地方是回收和采矿，这两种来源都需要进行化学提炼。这就是Nth Cycle的用武之地。很多人对采矿持负面看法，但如果你拥有一种可以减少废物和排放的技术，那么你就可以在美国等地区进行更多的采矿。这就是我们希望这项技术在西方世界产生的影响。”
