Компания Princeton Critical Minerals (ранее PureLi), возникшая на основе университетской экосистемы инноваций и предпринимательства, разработала технологию увеличения добычи полезных ископаемых из прудов-испарителей. В настоящее время в этих прудах вырабатывается около 40% мирового объема лития и большая часть его природных нитратов.

Технология представляет собой черный диск со специальным противообрастающим покрытием, который плавает на поверхности прудов, как лист кувшинки. Это эффективно удваивает количество поступающего солнечного света, преобразуемого в тепловую энергию, ускоряя процесс испарения и добычу полезных ископаемых.

Как описывает это З. Джейсон Рен, профессор гражданского строительства и экологической инженерии Центра энергетики и окружающей среды Андлингера, технология PCM подобна добавлению второго солнца к обычным открытым испарительным прудам.

"Когда солнечный свет попадает в традиционный испарительный пруд, солнечная энергия рассеивается по всему пруду - эффективность процесса составляет менее 50%", - сказал Рен, который также является соучредителем и главным научным сотрудником PCM. "Наша технология более чем на 96% эффективна при преобразовании поступающего солнечного света в тепловую энергию для ускорения испарения в реальных условиях".

В ходе полевых пилотных испытаний на прудах-испарителях на севере Чили команда, которая сотрудничала с химической компанией Sociedad Química y Minera de Chile (SQM), обнаружила, что их технология увеличивает скорость испарения по сравнению с открытыми прудами где-то на 40-122%, в зависимости от состава рассола в пруду.

Поскольку технология повышает эффективность производства в существующих прудах, команда PCM заявила, что это может облегчить необходимость строительства дополнительных прудов-испарителей, площадь которых может достигать многих квадратных миль, для удовлетворения растущего мирового спроса на литий и другие важнейшие минералы. Аналогичным образом, любой новый проект мог бы быть более компактным, с меньшей занимаемой площадью и меньшим воздействием на окружающую среду.

"Во многих отношениях процессы добычи полезных ископаемых сегодня такие же, какими они были три десятилетия назад", - сказал Шон Чжэн, главный исполнительный директор PCM и бывший выдающийся научный сотрудник Центра энергетики и окружающей среды Андлингера. "Наша технология могла бы действительно революционизировать традиционный подход к добыче важнейших полезных ископаемых".

Путешествие по экосистеме инноваций и предпринимательства Принстона

В статье, опубликованной 10 февраля в журнале Nature Water (и размещенной на обложке февральского выпуска журнала), Рен и Чжэн рассказали о пути PCM от исследовательской идеи к реальному воздействию.

Компания берет свое начало с того момента, когда Чжэн присоединился к группе Рена в качестве выдающегося научного сотрудника в Центре энергетики и окружающей среды Андлингера. Там Чжэн помогал в исследованиях технологий ускорения испарения в рассоле и других соленых водах.

"Это действительно началось как фундаментальное исследование - мы опубликовали научную статью о технологии и связанных с ней процессах испарения", - сказал Чжэн. "Но мы также чувствовали, что эта технология - нечто такое, что может оказать влияние. Мы хотели найти способ вывести это за пределы лаборатории".

По словам команды, ключевым фактором такого перехода стало обилие ресурсов в Принстоне, доступных исследователям, занимающимся инновациями и предпринимательством, включая программы Управления инноваций и Келлеровского центра инноваций в инженерном образовании.

Чжэн и Рен участвовали в программе I-Corps Национального научного фонда и программе IP Accelerator Принстонского университета, которая помогает исследователям получить представление о потребностях рынка и усовершенствовать свои инновации для практического использования. Принстонский университет является ведущим учебным заведением Северо-Восточного регионального центра I-Corps.

"I-Corps и IP Accelerator предоставили нам новый взгляд на вопросы, которые нам все еще необходимо было решить в нашей работе", - сказал Рен. "Например, когда мы беседовали с потенциальными заказчиками в рамках программы I-Corps, мы обнаружили, что многие аспекты технологии, которые казались интересными нам как исследователям, были менее важны для промышленности".

Чжэн также отметил свое участие в первой группе программы START Innovators как возможность перейти от академических исследований к предпринимательству. Программа, частично академическая стипендия и частично акселератор стартапов, позволила исследователям продолжать развивать свои технологии, одновременно разрабатывая бизнес-план и создавая предприятия на ранних стадиях.

"Содействие развитию экосистемы, в которой наши преподаватели и исследователи могут эффективно внедрять свои технологии в коммерческий сектор, является основной функцией Управления инноваций", - сказал Крейг Арнольд, заместитель декана по инновациям и сотрудник по инновациям университета. "Профессор Рен продемонстрировал очень успешный пример того, как можно использовать комбинацию различных программ и возможностей в рамках инновационной экосистемы Принстона для ускорения этого перевода".

Команда также участвовала в программе Design for Impact, организованной Келлеровским центром инноваций в инженерном образовании, которая помогает исследователям воплощать научные исследования в реальные результаты. Программа предоставляет не только финансовую поддержку, но и позволяет исследователям работать рука об руку с экспертами, которые могут помочь подготовить их идеи к коммерциализации.

"Что мы можем сделать с такими исследователями, как профессор Рен и его команда, так это помочь им изменить подход к своим идеям", - сказала Нена Голубович, директор программы Design for Impact в области естественных наук и инженерии. "Наша цель состоит в том, чтобы радикально изменить взгляды участников, чтобы они покидали нашу программу с совершенно иной перспективой, чем при поступлении. Мы задаем им сложные вопросы, которые могут выходить за рамки традиционной компетенции исследователя, но необходимы для воплощения академических инноваций в успешные результаты".

После их взаимодействия с предпринимательской экосистемой Принстона компания была официально создана в 2023 году. PCM участвовала в программе HAX, акселераторе по развитию стартапов со штаб-квартирой в Ньюарке, штат Нью-Джерси, и заключила партнерство с чилийской компанией SQM для тестирования их технологии.

"Мы двигались очень быстро", - сказал Чжэн. "Менее чем за два года мы перешли от тестирования небольших прототипов в детских бассейнах к созданию готовых к коммерциализации продуктов, которые мы внедрили на реальных предприятиях по добыче полезных ископаемых в Южной Америке.

"Принстон предоставил основу, экосистему и ресурсы, которые научили нас навыкам и знаниям, необходимым для успеха малого бизнеса", - добавил он.

Новые партнерства, новые направления исследований

После успешного сбора средств и нескольких пилотных демонстраций на севере Чили PCM в настоящее время находится на ранних стадиях коммерциализации. И хотя проекты с SQM доказали техническую и экономическую осуществимость технологии, Рен сказал, что они также открыли новые исследовательские вопросы для его лабораторной группы в Принстоне.

Например, команда заметила, что пруды, в которых растут кувшинки, поддерживают более высокую температуру поверхности при ограниченной теплопередаче на дно по сравнению с более равномерным распределением тепла в открытых прудах. Поскольку температура влияет на растворимость минералов, Рен сказал, что полевые демонстрации вызвали новые исследовательские вопросы в области химии рассола для дальнейшей оптимизации процесса выпаривания.

"Эти вопросы возникли только после того, как мы увидели результаты полевых испытаний", - сказал Рен. "Если бы мы продолжали нашу работу в лаборатории, эти новые направления, возможно, никогда бы не появились".

Помимо того, что Рен указал новые направления для своих научных исследований, он сказал, что его сотрудничество с PCM помогло ему расширить то, что он считает результатом своей работы, за рамки традиционных показателей, таких как большое количество публикаций в ведущих журналах.

"Я надеюсь, что история PCM вдохновит моих коллег из Принстона задуматься о том, как их исследования могут также выйти за рамки лаборатории и распространиться на реальный мир", - сказал Рен. "Я хочу поделиться нашим путешествием, чтобы другие могли осознать: "Эй, это то, что я тоже могу сделать".