PN 23 15 03 02

Dezvoltarea tehnologiei inovative de separare a izotopilor Litiului prin electromobilitate şi algoritmi de inteligenţă artificială – acronim ISO-Li

Responsabil proiect– Dr. Fiz. Iordache Andreea Maria

Obiective

Obiectivul general al proiectului ISO-Li este crearea, testarea și implementarea tehnologiei inovative de separare a litiului-6 (⁶Li) prin electromobilitate și algoritmi de inteligență artificială (AI) ca soluție pentru rezolvarea problemelor actuale de mediu generate de tehnologia aplicată la nivel industrial.

O1. Instalație de laborator pentru definirea și optimizarea parametrilor de lucru ai separării ⁶Li/⁷Li prin electromobilitate – Investigarea proceselor chimice și tehnologice în vederea optimizării rezultatelor existente, etapă necesară pentru eliminarea activităților deja investigate în laboratoare similare din străinătate. O primă activitate care are ca țintă inițială realizarea unei sinteze obiective privind dezvoltarea unei metode îmbunătățite de separare a ⁶Li capabilă de a reduce impactul negativ de mediu generat de metodele de separare folosite în prezent la scară industrială. În continuare, ajustarea tehnologiei prin experimente preliminare de laborator pentru separare ⁶Li/⁷Li și calcule teoretice (ecuații cinetice, rată de difuzie). Realizarea schiței tehnice tanc elecromobilitate pentru testarea și configurarea parametrilor de laborator. Utilizarea metodei de electromobilitate bazată pe un sistem de soluție organică/apoasă pentru separarea izotopilor de litiu. Stabilirea tipurilor de membrane, electrozi, diferențe de potențial, săruri de litiu, lichide ionice și eteri tip coroană utilizați în experiment.

O2. Metodologie analitică ICP-MS pentru determinarea izotopilor de Li – Dezvoltarea și validarea metodei de cuantificare a izotopilor stabili de litiu (⁶Li și ⁷Li) și a raportului izotopic (⁶Li/⁷Li). Experimentul va presupune utilizarea tehnicii analitice ICP-MS individuale, ca parte componentă a procesului de dezvoltare a metodei de separare a ionilor de litiu. Validarea metodei se va realiza prin analize de izotopi stabili și raport izotopic (Li) pe materiale de referință certificate (MRC). Scopul activității descrise este de a dezvolta un algoritm de calcul capabil să includă toate informațiile de interes pentru procesul de parametrizare optim, oferind o asigurare statistică pentru experimentul proiectat și volumul de date necesar. Etapa de optimizare a parametrilor de funcționare a instalației de laborator se va realiza prin algoritmi de inteligență artificială (AI). Se vor crea funcții algoritmice de maximizare a preciziei de determinare a configurației echipamentelor și a soluțiilor analizate, utilizând algoritmi de calcul python.

O3. Instalație în cascadă cuplată cu un sistem de cristalizare și sistemul de detecție ICP-MS –Eficientizarea îmbogățirii ⁶Li prin realizarea cuplajului stand experimental–sistem de cristalizare fracționată. Proiectarea și execuția instalației în cascadă, de factură tehnologică proprie (proiectare originală), va presupune îmbinarea unei suite de faze inițiale. Tehnologia în cascadă va contribui la creșterea valorii de ⁶Li îmbogățit după fiecare circuit parcurs. Astfel, soluția tehnologică propusă va fi ghidată de algoritmi de calcul implementați în procesul tehnologic de ghidare a sistemului de funcționare on-line (flux continuu). Modelul stabilit prin algoritmi de inteligență artificială va fi extins pentru a ajusta un număr arbitrar de etape stabilite statistic. Cascada rezultată va fi supusă la evaluare prin intermediul factorului de separare calculat în fiecare etapă individuală. Performanța întregului circuit în cascadă depinde de factorul de separare care poate determina creșterea numărului de circuite. Testarea tehnologiei în cascadă se va realiza pe matricile de mediu comparativ cu materiale de referință certificat. Cuplarea sistemului în cascadă în tandem cu sistemul de cristalizare se va realiza prin premisa creșterii performanței tehnologiei propuse. Prin urmare, elecromobilitatea cuplată cu cristalizarea reprezintă o metodă promițătoare de separare și concentrare a izotopilor de litiu, chiar dacă până în prezent se menționează necesitatea studiilor de cercetare dedicate fiabilizării procesului.

O4. Tehnologie integrată de separare a izotopilor de Li prin electromobilitate – Etapa tehnologică prevede integrarea standului experimental în fluxul on-line cu sistemul de detecție cantitativă ICP-MS și validarea tehnologiei integrate de producerea ⁶Li și promovarea în scopuri comerciale. Scopul activităților este dezvoltarea unui instrument capabil pentru determinarea și îmbogățirea izotopilor de ⁶Li și a rapoartelor izotopice ⁶Li/⁷Li, cu capacitate programată prin intermediul inteligenței artificiale de procesare în ciclu continuu (on-line). Metodologia de testare include teste de unitate, integritate, sistemice și performanță a produsului rezultant. Construirea unui model robust combinat de matrici de test necesită integrarea testelor intermediare pe stadii de dezvoltare a proiectului pentru a acoperi cele mai multe condiții de operare din domeniile de aplicativitate (industrial, mediu și nuclear, cercetare aplicativă). Faza finală a proiectului prevede discuții cu instituțiile beneficiare și cele interesate de utilitatea tehnologiei, respectiv mediul științific.

Scop

Scopul proiectului este de a crea o tehnologie inovatoare de separare a izotopilor de litiu (⁶Li, ⁷Li) și îmbogățirea ⁶Li, eco-friendly – utilizabilă în industrie și cercetare.

Motivația alegerii de dezvoltare a unei noi tehnici care combină electromobilitatea și cristalizarea pentru separarea ⁶Li și ⁷Li, respectiv de îmbogațire a ⁶Li, se bazează pe următoarele argumente care promit funcționalitatea metodei: 1) electromobilitatea în soluție apoasă are o manevrabilitate bună, reacțiile electrozilor au loc în soluție apoasă, creând premisele separării în etape succesive și 2) proprietățile specifice ⁶Li și ⁷Li au evidențiat separare și îmbunătățire semnificativă prin crearea de mono/multicristale.

Prototipul experimental cu detalierea proceselor operaționale și utilizarea eterilor tip coronă în procesul de electromobilitate, respectiv obținerea cristalelor de 6Li îmbogățit

Gradul de originalitate: Tehnologia propusă va fi formată din tandemul ICP-MS – sistemul în cascadă și sistemul de cristalizare. Instalația care urmează a fi anexată dispozitivului ICP-MS va fi proiectată, ajustată și testată în laboratoarele ICSI Rm. Vâlcea. Testarea tehnologiei în diverși pași și la final a produsului finit, prin algoritmi de inteligență artificială, va presupune implementarea soluțiilor inovative din domeniul IT în procesele tehnologice cu flux on-line, indicând un grad de noutate atât la nivel național cât și internațional.

Faze

Faza 1. Avantaje și limitări privind tehnologii și metodologii de separare a ⁶Li și ⁷Li

Termen de predare: 13.04.2023

Ținte: Metodă de separarea a ⁶Li pe criteriul eco-friendly.

Indicatori: (1) Studiu privind producerea ⁶Li în contextul separării și îmbogățirii izotopilor de Li ca tehnologie cheie -vector de energie; (2) Minim 1 articol de review publicat in jurnale ISI (Q1/Q2);

(3) Website proiect; (4) Bază de date parțială.

Faza 2. Configurația experimentală la nivel de laborator și stabilirea parametrilor de lucru pentru separarea ⁶Li/⁷Li

Termen de predare 13.12.2023

Ținte: Instalație de laborator pentru separarea ⁶Li/⁷Li.

Indicatori: (1) Schița tehnică tanc electromobilitate pentru configurarea parametrilor de laborator; (2) Fișa procesului de electromobilitate (tipuri membrane, electrozi, diferențe de potențial, săruri de Li, lichide ionice, eteri tip coroană); (3) Minim 2 articole ISI (zona Q1/Q2); (4) Minim 1 articol ISI, diseminare prin participare la conferințe naționale/internaționale; (5) Bază de date parțială.

Faza 3. Dezvoltarea și validarea metodei de determinare a izotopilor de Li, respectiv a raportului izotopic (⁶Li/⁷Li) prin tehnica analitică ICP-MS

Termen de predare 15.04.2024

Ținte: Metodă validată de determinare a izotopilor de Li (⁶Li și ⁷Li), respectiv a raportului izotopic ⁶Li/⁷Li prin tehnica analitică ICP-MS.

Indicatori: (1) Procedură analitică ICP-MS pentru determinarea izotopilor de Li și a raportului izotopic (6Li/7Li) ; (2) minim 1 articol ISI (zona Q1/Q2) ; (3) Bază de date parțială.

Faza 4. Optimizarea parametrilor de funcționare a instalației de laborator prin utilizarea algoritmilor de inteligența artificială (AI)

Termen de predare 29.11.2024

Ținte: Algoritmi de calcul Python.

Indicatori: (1) Fişă de proces (date privind varierea concentrațiilor lichidelor ionice; tipurile de lichide ionice; diferențe de potențial); (2) Minim 3 articole ISI (zona Q1/Q2); (3) Promovarea rezultatelor prin minim 2 lucrări susținute la manifestări științifice naționale și internaționale; (4) Bază de date parțială.

Faza 5. Proiectarea și execuția instalației în cascadă și testarea pe diferite soluții ionice

Termen de predare 13.06.2025

Ținte: Proiect tehnic stand experimental.

Indicatori: (1) Documentație de proiectare stand; (2) Prototip stand experimental; (3) Minim 3 articole ISI (zona Q1/Q2); (4) Rapoarte de testare.

Faza 6. Cuplarea standului experimental în tandem cu un sistem de cristalizare și testarea tehnologiei

Termen de predare 31.12.2025

Ținte: Cuplaj stand experimental integrat în tandem cu sistemul de cristalizare.

Indicatori: (1) Schiță tehnică a cuplajului stand cu sistem de cristalizare; (2) Testarea tehnologiei standului experimental integrat în tandem cu sistemul de cristalizare ; (3) Minim 3 articole ISI (zona Q1/Q2) ; (4) Minim 2 lucrări susținute la manifestări științifice naționale și internaționale ; (5) Cerere de brevet; (6) Bază de date parțială.

Faza 7. Integrarea standului experimental în tandem cu sistemul de detecție cantitativă ICP-MS pe matrici de mediu

Termen de predare 15.06.2026

Ținte: Stand în flux on-line cu sistemul de detecție cantitativă ICP-MS.

Indicatori: (1) Schemă interfață electromobilitate-detecție; (2) Produs interfață stand cuplat cu sistem de detecție; (3) Produs cuplaj integrat cu detecție; (4) Raport de testare; (5) Minim 3 articole ISI (zona Q1/Q2); (6) Bază de date parțială.

Faza 8. Validarea tehnologiei integrate de separare a izotopilor de litiu prin electromobilitate

Termen de predare 31.12.2026

Ținte: Fişă rută sustenabilă pentru producția de ⁶Li.

Indicatori: (1) Promovarea tehnologiei integrate de producere a ⁶Li pentru scopuri comerciale; (2) Determinarea posibilelor aplicații în industria națională pentru creșterea gradului de tehnologizare și creșterea capacității economice; (3) Workshop cu participarea beneficiarului, stackeholderilor, mediul academic și de cercetare național pentru promovarea tehnologiei; (4) Minim 3 articol ISI (zona Q1/Q2); (5) Bază de date finală.

Impactul proiectului: Proiectul ISO-Li reprezintă în sine o alternativă pentru eliminarea/reducerea contaminării rezultate din industriile puternic poluante prin utilizarea de tehnologii emergente prietenoase cu mediul. Rezultatele menționate evidențiază capacitatea de utilizare a tehnologiei în studii de mediu, dar în egală măsură trebuie reținut și aportul substanțial de informație privind fracționarea izotopică a litiului în mediul natural pentru utilizarea în abordările tehnologice care urmează a fi investigate în cadrul proiectului. Numeroase laboratoare de cercetare sunt implicate în studii aplicative conduse cu scopul de a separa izotopii de litiu, respectiv de îmbogățire a ⁶Li, procesul de dezvoltare tehnologică fiind unul de mare actualitate.

© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea