USGS ने मशीन लर्निंग से Arkansas में बड़े पैमाने पर lithium की संभावना बताई

 (usgs.gov)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-10-23 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • EV battery की मांग बढ़ने के बीच, USGS के नेतृत्व वाले अध्ययन ने अनुमान लगाया है कि Arkansas के दक्षिण-पश्चिम में Smackover Formation की brine में 50 लाख से 1.9 करोड़ टन lithium मौजूद हो सकता है
  • अगर इसे commercially recover किया जा सके, तो यह मात्रा 2030 में automobile batteries के लिए अनुमानित वैश्विक lithium demand को 9 गुना से अधिक पूरा करने के स्तर की होगी
  • research team ने water sample analysis और machine learning को मिलाकर, उन क्षेत्रों सहित lithium distribution map बनाया जहां मौजूदा samples नहीं थे
  • ये आंकड़े in-place resource assessment हैं, और नई brine lithium extraction technologies से असल में कितना recover किया जा सकता है, इसका अभी assessment नहीं किया गया है
  • अगर oil और gas production process के brine waste streams से lithium हासिल किया जा सके, तो यह America की import dependency और battery supply chain पर हो रही चर्चा को सीधे प्रभावित कर सकता है

Arkansas Smackover Formation में lithium की संभावना

  • USGS के नेतृत्व वाले study ने अनुमान लगाया है कि Arkansas के दक्षिण-पश्चिम में भूमिगत Smackover Formation की brine में 50 लाख से 1.9 करोड़ टन lithium मौजूद है
  • अगर commercially recover किया जा सके, तो यह 2030 में automobile batteries के लिए अनुमानित वैश्विक lithium demand को 9 गुना से अधिक पूरा कर सकता है
  • USGS का अनुमान है कि दक्षिणी Arkansas में oil और brine waste streams के साथ surface पर आने वाला lithium ही वर्तमान अनुमानित US lithium consumption को पूरा कर सकता है
  • कम अनुमान यानी 50 लाख टन भी International Energy Agency के 2030 में EVs के लिए वैश्विक lithium demand forecast से 9 गुना से अधिक है

Research methods और data

  • यह study USGS और Arkansas Department of Energy and Environment के तहत Office of the State Geologist के सहयोग से किया गया
  • USGS Brine Research Instrumentation and Experimental lab ने Arkansas samples का analysis किया और उन्हें hydrocarbon production process से मिले पुराने water sample data से compare किया
  • comparison के लिए USGS Produced Waters Database का data इस्तेमाल किया गया
  • machine learning model ने brine की lithium concentration और geological data को मिलाकर पूरे क्षेत्र की कुल lithium concentration का अनुमान लगाने वाला map बनाया
    • वे क्षेत्र भी prediction में शामिल किए गए जहां lithium samples नहीं थे
  • study के results Science Advances में प्रकाशित हुए हैं, और paper https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8149 पर देखा जा सकता है

Geological background और recovery की सीमाएं

  • Smackover Formation प्राचीन समुद्र का अवशेष है; यह porous और permeable limestone geological unit Arkansas, Louisiana, Texas, Alabama, Mississippi और Florida के कुछ हिस्सों के नीचे फैली हुई है
  • यह formation Jurassic geological period में बनी थी, और oil व bromine deposits के लिए जानी जाती है
  • हाल में deep salt deposits से जुड़ी high-salinity water यानी brine में lithium potential के कारण भी इस पर ध्यान जा रहा है
  • यह estimate Arkansas के दक्षिण-पश्चिम में Smackover Formation में मौजूद कुल dissolved lithium का पहला calculation है
  • researcher Katherine Knierim ने कहा कि ये आंकड़े in-place resource assessment हैं, और brine से lithium निकालने के latest methods से technically recoverable quantity की गणना नहीं की गई है

US lithium supply और critical minerals context

  • lithium battery production के लिए जरूरी critical mineral है, और EVs व hybrid vehicles की ओर transition मजबूत होने के साथ demand बढ़ते रहने का अनुमान है
  • America lithium का 25% से अधिक import पर निर्भर करता है
  • USGS Director David Applegate ने कहा कि lithium energy transition का key mineral है, और America में production expansion के import substitution, jobs, manufacturing और supply chain resilience से जुड़े implications हैं
  • USGS 1879 से geology, energy और mineral resources पर scientific information देता आया है, और Energy Act of 2020 के तहत government-level List of Critical Minerals बनाए रखने की भूमिका के हिस्से के रूप में US lithium production, demand और imports को track करता है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-10-23
Hacker News की राय

  • पेपर के methodology सेक्शन को देखें तो किस machine learning algorithm का इस्तेमाल किया गया, इस पर थोड़ी और जानकारी मिलती है
    दक्षिणी Arkansas के पूरे Smackover Formation brine में lithium concentration का अनुमान लगाने के लिए RF machine learning model बनाया गया, wells से लिए गए brine samples के साथ explanatory variables जोड़े गए, well-level prediction और performance evaluation के लिए RF को tune किया गया, फिर Smackover Formation की Reynolds oolite unit के पूरे क्षेत्र में spatially continuous lithium concentration map बनाया गया, और variable importance व उनके प्रभाव देखे गए
    शुरुआती tuning में R के tidymodels framework से XGBoost, k-nearest neighbors, random forest को परखा गया, लेकिन random forest ने लगातार अधिक accuracy और कम bias दिखाया, इसलिए अंतिम model में उसी का उपयोग हुआ। अगर tuning ठीक से की गई होती, तो संभव है XGBoost भी मिलते-जुलते नतीजे देता, इसलिए random forest का बेहतर आना दिलचस्प है

    • दूसरे शब्दों में, mineral exploration में ऐसे dataset पर आम तौर पर इस्तेमाल होने वाली interpolation methods से यह काफ़ी मिलता-जुलता है
      इस क्षेत्र में लंबे इतिहास और spatial anisotropy जैसे hyperparameters के कारण kriging/co-kriging, यानी Gaussian process, ज़्यादा आम हैं। लेकिन kriging में discontinuous inputs संभालना काफ़ी मुश्किल होता है, जबकि random forest कहीं ज़्यादा forgiving है। discrete values के लिए covariance model या input variables के बीच संबंधों के लिए covariance model बनाने की ज़रूरत नहीं पड़ती
    • RF का मतलब random forest है
      कुछ दिन पहले भी "Why do Random Forests Work? Understanding Tree Ensembles as Self-Regularizing Adaptive Smoothers" पर चर्चा हुई थी
      https://arxiv.org/abs/2402.01502
      https://news.ycombinator.com/item?id=41873968
      https://en.wikipedia.org/wiki/Random_forest
    • सिद्धांत रूप से gradient boosting के random forest को हमेशा हराने का कोई कारण नहीं है, क्योंकि ऐसा होता तो "no free lunch" theorem के ख़िलाफ़ जाता
      फिर भी व्यवहार में, छोटे और noisy data पर भी अक्सर ऐसा रुझान दिखता है। बेहतर tuning की जाती तो शायद XGBoost फिर भी जीत जाता। पेपर में कहा गया है कि authors ने overfitting की चिंता में non-optimal hyperparameter set चुना, लेकिन उसी तर्क से यह भी हो सकता है कि non-optimal model type चुना गया हो
    • यह जानने की जिज्ञासा है कि क्या predictions का वास्तव में validation किया गया। सिर्फ़ article पढ़कर तो model सही है या नहीं, यह जांचने के लिए core samples लिए जाने का कोई संकेत नहीं दिखा
    • random forest tabular data पर काफ़ी शक्तिशाली होता है। XGBoost भी अच्छा है, लेकिन उसकी performance पूरी तरह निकालने के लिए pycaret जैसे auto-tuner की ज़रूरत ज़्यादा पड़ती है

  • Nevada में भी बड़ा lithium deposit है और mining की तैयारी चल रही है
    General Motors ने Thacker Mine के उत्पादन तक assured access पाने के लिए 650 million dollar लगाए हैं। यह जगह उस mountain caldera में है जिसे I-80, Nevada के Winnemuca से गुजरने के लिए bypass करता है, और सबसे नज़दीकी town Mill City, NV है, जो I-80 और मुख्य rail line के पास होने के बावजूद एक ghost town जैसा दिखता है
    mine site, Mill City से लगभग 12km दूर unpaved road के किनारे है जो Google Street View में नहीं दिखती। Google Earth में Mill City के पास development के कुछ निशान दिखते हैं, जैसे trailer park और truck stop। mine तक जाने वाली road हाल में graded लगती है, लेकिन mine site पर अभी तक कुछ भी नहीं है
    mine location के लिहाज़ से यह ठीक लगती है। कम से कम 10km के भीतर कोई पड़ोसी नहीं है, और 15km के भीतर अच्छी road और rail connectivity है
    https://en.wikipedia.org/wiki/Thacker_Pass_lithium_mine

    • हर कोई इसे mine के लिए अच्छी जगह नहीं मानता: https://www.protectthackerpass.org/
      "tar sands को रोकना है तो वास्तव में tar sands को रोकना होगा; कहीं और पहाड़ उड़ा कर यह उम्मीद नहीं की जा सकती कि उससे tar sands का अंत हो जाएगा"
      https://maxwilbert.substack.com/p/the-long-shadow-of-the-tar-sands
    • mine location का विवरण Wikipedia लिंक से मेल नहीं खाता
      Google Maps में Thacker Mine खोजने पर 40.58448942010599, -117.8912129833345 मिलता है, जो बताए गए अनुसार I-80 और Mill City के पास है, और वहाँ कुछ भी नहीं है। लेकिन Wikipedia में इसे McDermitt Caldera के 41.70850912415866, -118.05475061324945 पर बताया गया है, जो Mill City या I-80 के बिल्कुल पास नहीं है। इस बार शायद Google पर भरोसा न करना ही बेहतर होगा

  • अल्पकालिक energy infrastructure के लिए यह अच्छा नतीजा हो सकता है, लेकिन अगर कच्चा माल पाने की कीमत बड़े भूभाग को खोदकर उलट-पुलट करना हो, तो मन हमेशा दुविधा में रहता है
    यह भी दिलचस्प है कि इस क्षेत्र के अन्य उद्योगों के अपशिष्ट brine डेटा के आधार पर कितने हिस्से का modeling किया जा सका, और अगर वास्तव में lithium mining होती है, तो machine learning की भविष्यवाणियाँ सही निकलती हैं या नहीं, इससे बहुत कुछ पता चलेगा
    मूल paper पढ़ने के लिए मेरे पास सीमित समय था, इसलिए मैं यह नहीं समझ पाया कि अनुमानित भंडार का अधिकांश हिस्सा निकालने के लिए किस तरीके की ज़रूरत होगी। अगर brine processing पर्याप्त हो, तो open-pit mining में पहले पूरी overburden हटाने की तुलना में बाह्य प्रभावों को नियंत्रित करना आसान हो सकता है

    • यह mining कहीं अधिक बड़े पैमाने पर होने वाली दूसरी mining की भरपाई करती है। oil, coal, gas mining का पैमाना बहुत विशाल है, और lithium batteries तथा renewable energy पहले से ही उसकी ज़रूरत घटा रहे हैं
      इसलिए renewable energy और batteries की ओर बदलाव होने पर कुल mining की मात्रा उलटे कम भी हो सकती है। बेशक, lithium mining को साफ और जिम्मेदारी से करना महत्वपूर्ण है, खासकर तब जब वह लोगों के रहने की जगहों के पास हो। लेकिन जिन दूसरे पदार्थों को हम पहले से कहीं बड़े पैमाने पर निकाल रहे हैं, उनकी तुलना में भविष्य में कितना भी lithium निकाला जाए, वह समुद्र में एक बूंद के बराबर होगा
      इसके अलावा, निकाले गए lithium को बार-बार इस्तेमाल और recycle किया जा सकता है। एक बार यह circulation में आ जाए, तो इसे लगातार दोबारा इस्तेमाल किया जाएगा। battery technology और production process में सुधार को भी ध्यान में रखें, तो अभी circulation में मौजूद मात्रा भी बाद में recycle होने पर अधिक battery capacity संभाल सकेगी। recycling के दौरान होने वाले अपरिहार्य नुकसान को मान लेने पर भी यही बात लागू होती है
      lithium recycling process पहले से ही अच्छी तरह काम करती है, लेकिन अभी इस्तेमाल हो रही अधिकांश lithium batteries बहुत नई हैं और recycling के समय से अभी काफी दूर हैं, इसलिए बड़े पैमाने की recycling लगभग नहीं हो रही। बल्कि battery life में सुधार के कारण जिस समय बड़े पैमाने की recycling की ज़रूरत पड़ेगी, वह और पीछे खिसकता जा रहा है
      extraction का तरीका deposit की संरचना, वह brine है या किसी और रूप में, और उसमें कौन-कौन से अन्य पदार्थ मौजूद हैं, इन सब पर बहुत निर्भर करता है। lithium की थोड़ी मात्रा वाले brine, rock composition, clay आदि बहुत विविध होते हैं
    • इस मामले में overburden को भौतिक रूप से हटाया नहीं जा सकता। Smackover इस क्षेत्र के अधिकांश हिस्सों में कई km गहराई पर है
      यह brine mining है, यानी "mine" मूल रूप से एक गहरा water well है। lithium खुद limestone में नहीं है, बल्कि limestone के pores के भीतर मौजूद पानी में अपेक्षाकृत अधिक सांद्रता में है
      अधिकांश मामलों में मौजूदा oil·gas production प्रक्रिया के दौरान Smackover Formation का brine पहले से ही निकाला जा रहा है, लेकिन तेल अलग करने के बाद उस brine को फिर से inject किया जा रहा है। विचार यह है कि उस brine को संभालकर, उसे evaporate कर, lithium production में इस्तेमाल करना बेहतर होगा
      सामान्यतः बड़े evaporation ponds की ज़रूरत होती है, लेकिन यह open-pit mining नहीं है
    • lithium production के लिए जितनी "ज़मीन खोदने" की ज़रूरत होती है, वह बाकी सारी mining की तुलना में व्हेल की आँख की धूल के बराबर है
      सोचता हूँ क्या aluminum, iron, dish soap, table salt को लेकर भी यही डर महसूस होता है। पैमाने के हिसाब से देखें तो मौजूदा और प्रस्तावित सभी lithium mines, mining के मानकों से बहुत छोटे हैं

  • मुझे नहीं पता कि lithium वास्तव में इतना दुर्लभ है भी कि उसे इतना महत्वपूर्ण माना जाए। मैंने पढ़ा था कि Salton Sea में कई वर्षों की मांग पूरी करने लायक lithium हो सकता है
    मेरी समझ में असली मुद्दा lithium की मौजूदगी नहीं, बल्कि यह है कि उसे सस्ते में commercial product में कैसे बदला जाए। अधिकांश उद्देश्यों के लिए बात आखिरकार पर्यावरणीय नियमों के बिना mining करने पर जाकर खत्म होती है

  • मैं इस उद्योग में काम करता हूँ, खास तौर पर hard rock mining में
    lithium supply खुद कोई समस्या नहीं है। Australia में यह बहुत है, और बाजार में over-supply भी है। अभी के lithium prices देखकर यह स्पष्ट है
    लेकिन conversion process समस्या है। ज़्यादातर plants China में हैं। अगर lithium carbonate में बदलने वाले refining facilities बना दिए जाएँ, तो Australia आपूर्ति कर देगा

    • उस दिन का इंतज़ार है जब Australia दुनिया की भट्ठी बनेगा
      इतने सारे minerals और sunlight का मेल शानदार है। Saul Griffith को धन्यवाद

  • उम्मीद है कि Mobile Basin में mining न हो। वह उत्तर अमेरिका के सबसे अधिक biodiversity वाले ecosystems में से एक है
    https://www.youtube.com/watch?v=8j9coyJeB4Q

    • brine से lithium निकालना, उदाहरण के लिए spodumene ore से निकालने की तुलना में अधिक साफ है। साथ ही, brine से direct lithium extraction अधिक तेज़, अधिक साफ, कम जगह घेरने वाला और कम energy-intensive है
    • अजीब लग सकता है, लेकिन बड़े पैमाने पर ecosystems की रक्षा करने वाले ईंधन वास्तव में केवल fossil fuels and nuclear power ही रहे हैं
      वैश्विक reforestation लगभग पूरी तरह 20वीं सदी में घरों के लकड़ी से coal पर जाने का परिणाम है
    • sodium भी हमेशा एक विकल्प है: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery
    • आज दुनिया के वास्तविक शक्ति-केंद्र Saudi Arabia और China हैं, इसका एक बड़ा कारण यह है कि हमने resources को इकट्ठा करने और उपयोग करने से इनकार किया, जबकि उन्होंने ऐसा किया
      अब यह समझने और mining तथा development फिर से शुरू करने का समय है कि Pax Americana वह युग है जिसे हम खो भी सकते हैं

  • आह, spatial autocorrelation, मेरे पुराने दोस्त
    काम बहुत अच्छा है, लेकिन आम तौर पर prospectivity model इस तरह नहीं बनाए जाते। अधिक सटीक कहें तो अब इन्हें इस तरह validate नहीं किया जाता। फिर भी यह देखना अच्छा है कि USGS ने इस क्षेत्र में फिर से कदम रखना शुरू किया है। USGS और GSC लंबे समय तक इस क्षेत्र के अग्रणी थे, लेकिन पिछले 5~7 वर्षों में उन्होंने इसे कुछ हद तक छोड़ रखा था

  • अगर लिथियम इतना ज़्यादा मिल जाए कि वह practically मुफ़्त हो जाए, तो क्या बैटरी की लागत काफी घटेगी? क्या अभी लिथियम सप्लाई उत्पादन को सीमित कर रही है?

    • लिथियम की मुख्य बाधा उपलब्धता से ज़्यादा extraction cost है
      China इस क्षेत्र में इसलिए आगे नहीं है कि उसके पास बहुतायत है या तकनीक कमाल की है, बल्कि इसलिए कि वह पूरी प्रक्रिया में लगने वाली बिजली की externalities समेत environmental externalities को पूरी तरह नज़रअंदाज़ करने को तैयार है। इसलिए चीन से आने वाले लिथियम की कीमत कम है, और जिन देशों के पास ऐसा ही कोई "फायदा" या कोई नई और प्रभावशाली तकनीक नहीं है, उनके लिए practically प्रतिस्पर्धा करना मुश्किल है
      अमेरिका में environmental regulations, power generation cost, और labor cost — ये सब final product की कीमत बढ़ाकर उसे बिल्कुल गैर-प्रतिस्पर्धी बना देंगे। इसी वजह से अमेरिका और कुछ देश समुद्र-तल से लिथियम आदि निकालने जैसे दूसरे तरीकों में भी निवेश कर रहे हैं। उम्मीद है कि extraction cost कम होगी। बेशक, deep-sea environment पर खतरे की चिंता है, और अगर उससे regulations आते हैं तो कीमत फिर बढ़ सकती है
    • नहीं। लिथियम दुर्लभ नहीं है और पर्याप्त मात्रा में मौजूद है। इसे Australia जैसे मित्र देशों से भी लिया जा सकता है
    • लिथियम अभी बैटरी लागत का लगभग 10% ही है, इसलिए नहीं
      इसका सबूत यह है कि बाज़ार में अभी sodium-ion battery मौजूद हैं, लेकिन आम तौर पर वही infrastructure इस्तेमाल करने के बावजूद वे अभी भी कीमत के मामले में प्रतिस्पर्धी नहीं हैं। संभावना है। एक महत्वपूर्ण फ़ायदा यह है कि storage/transport के लिए sodium-ion battery को सुरक्षित रूप से 0V तक discharge किया जा सकता है
    • क्या सिर्फ़ इसलिए कि समुद्र तटों और रेगिस्तानों में रेत भरी पड़ी है, रेत practically मुफ़्त हो जाती है? रेत से concrete जैसा कीमती material बनाया जा सकता है
      transport, storage, और refining cost को मत भूलिए
    • अभी दुनिया में लिथियम बहुत प्रचुर मात्रा में है। यह अपेक्षित भी था। बस अब हम लिथियम को ढूँढने में बेहतर हो गए हैं
      सच कहें तो energy problem मौजूदा तकनीक के साथ लगभग हल हो चुकी समस्या के क़रीब है। बस अपनाने की रफ़्तार तेज़ करनी है ताकि fossil fuels को मज़बूती से पीछे धकेला जा सके। Germany को छोड़ दें। power plants चलाने के लिए बहुत कम मात्रा में चाहिए होने वाला uranium भी पहले से बड़े भंडार में मौजूद है, बिजली स्टोर करने के लिए lithium battery technology भी है, और कमी पूरी करने के लिए solar panels का बड़े पैमाने पर उत्पादन और deployment भी चल रहा है। ज़रूरत सिर्फ़ इन सबको जोड़ने की है, ताकि संसाधन एक-दूसरे के साथ ठीक से काम करें

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    https://news.ycombinator.com/item?id=41907144

  • Canada में भी ऐसा ही काम हुआ था: https://www.juniorminingnetwork.com/junior-miner-news/press-releases/1940-tsx-venture/lmr/106571-bourier-lithium-project-update-lomiko-metals-and-critical-elements-report-discoveries-and-identify-lithium-targets-for-exploration-using-goldspot-discoveries-artificial-intelligence-methods.html