Científicos de Rice convierten residuos tóxicos PFAS en herramienta para recuperar litio de salmueras con 82% de eficiencia.
- PFAS reutilizados en lugar de tratarse solo como residuo.
- Extracción de litio desde salmueras con menor consumo de agua.
- Pureza cercana al 99 % en el compuesto obtenido.
- Proceso rápido, en cuestión de minutos.
- Aprovechamiento de residuos industriales como materia prima.
- Aplicaciones directas en baterías de ion-litio.
- Menor impacto climático frente a métodos tradicionales.
PFAS absorbidos en carbón activado granular pueden utilizarse para extraer litio de salmueras
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) suelen aparecer en titulares por motivos poco alentadores. Persisten durante décadas en el medio ambiente, contaminan acuíferos y resultan extremadamente difíciles de degradar. No es casualidad que se las conozca como “químicos eternos”.
La mayor parte de los esfuerzos científicos se han centrado en eliminarlas o neutralizarlas. Sin embargo, un equipo de investigadores de Rice University, liderado por el químico James Tour y el investigador Yi Cheng, ha planteado un enfoque diferente: aprovechar esas moléculas problemáticas como herramienta para recuperar litio a partir de salmueras altamente salinas.
El trabajo, publicado en la revista Nature Water, propone un proceso que transforma un residuo ambiental complicado en un recurso útil dentro de la cadena de suministro de las baterías recargables, clave para la transición energética.
Cómo funciona el proceso
El método no utiliza PFAS directamente presentes en la naturaleza, sino aquellos que ya han sido retirados del medio ambiente. En concreto, los investigadores trabajaron con PFAS capturados mediante carbón activado granular (GAC), un material ampliamente utilizado en sistemas de filtración para eliminar contaminantes del agua.
Cuando el carbón activado absorbe PFAS, se convierte en un residuo difícil de gestionar. En lugar de considerarlo un punto final del proceso de descontaminación, el equipo decidió utilizar ese material saturado como reactivo químico.
El procedimiento consiste en mezclar ese carbón activado cargado de PFAS con salmueras que contienen múltiples sales. En esas soluciones, el litio se encuentra como catión positivo dentro de distintos compuestos disueltos.
Los PFAS, por su parte, contienen átomos de flúor firmemente unidos dentro de su estructura molecular. La clave del método consiste en liberar ese flúor para que se combine con el litio presente en la salmuera y forme fluoruro de litio, un compuesto muy valioso en la industria de las baterías.
Calor extremo para liberar el flúor
Para romper esos enlaces químicos tan resistentes, los investigadores aplicaron un sistema de calentamiento electrotermal ultrarrápido, conocido como Flash Joule heating.
La mezcla se somete a temperaturas superiores a 1.000 °C durante intervalos muy breves y posteriormente se enfría rápidamente. Estas condiciones extremas permiten que el flúor contenido en los PFAS se libere y reaccione con metales presentes en la salmuera, como litio, calcio o magnesio.
Tras esa reacción se obtiene una mezcla de sales fluoradas. Entre ellas aparecen fluoruro de litio, fluoruro de calcio y fluoruro de magnesio, además de residuos sólidos que ya no contienen flúor y resultan menos problemáticos desde el punto de vista ambiental.
Un paso posterior de lavado elimina impurezas como cloruro de sodio o cloruro de potasio, sales comunes en las salmueras naturales.
Separación rápida y litio de alta pureza
La separación final se basa en una propiedad física sencilla: el punto de ebullición de cada compuesto.
El fluoruro de litio hierve a 1.676 °C, mientras que los fluoruros de calcio y magnesio lo hacen a temperaturas bastante más altas, de 2.260 °C y 2.533 °C, respectivamente.
Al calentar la mezcla entre 1.676 y 2.260 °C, el fluoruro de litio se evapora rápidamente mientras los otros compuestos permanecen sólidos. Ese vapor se captura y se condensa, obteniendo un material con aproximadamente un 99 % de pureza.
El proceso permitió recuperar alrededor del 82 % del litio disponible en forma de fluoruro de litio.
Pruebas en baterías reales
Para comprobar su utilidad práctica, el compuesto obtenido se integró en electrolitos para baterías de ion-litio, uno de los componentes más sensibles de estas tecnologías.
Los ensayos mostraron mejor estabilidad electroquímica y buen rendimiento, lo que confirma que el material recuperado tiene calidad suficiente para aplicaciones energéticas.
Este aspecto es relevante porque la demanda de litio sigue creciendo de forma acelerada. Vehículos eléctricos, almacenamiento de energías renovables y dispositivos electrónicos dependen cada vez más de este metal.
Hoy gran parte del litio mundial procede de salmueras en regiones como el llamado “triángulo del litio” de Sudamérica —Chile, Argentina y Bolivia— o de explotaciones mineras en Australia. Ambos métodos tienen impactos ambientales, especialmente relacionados con uso intensivo de agua, alteración de salares y consumo energético.
Por eso se investiga activamente en métodos de extracción directa de litio (DLE), capaces de recuperar el metal con menor impacto. El proceso desarrollado por el equipo de Rice se sitúa dentro de esta línea de innovación.
Potencial
Si esta tecnología se escala industrialmente, podría contribuir a varios retos ambientales simultáneamente.
Por un lado, permitiría valorizar residuos contaminantes, reduciendo la carga ambiental asociada al tratamiento de PFAS. Esto es especialmente relevante en sectores como aeropuertos, bases militares o instalaciones industriales, donde las espumas contra incendios han generado grandes volúmenes de contaminación.
Por otro lado, podría diversificar las fuentes de litio, disminuyendo la presión sobre ecosistemas sensibles como los salares de alta montaña.
En un contexto de electrificación global, encontrar métodos más eficientes para obtener litio resulta crucial. Baterías para movilidad eléctrica, almacenamiento de energía solar y eólica, o redes inteligentes dependen de una cadena de suministro cada vez más sostenible.
Tecnologías como esta apuntan hacia una idea interesante: resolver dos problemas ambientales a la vez. Un contaminante persistente convertido en herramienta química para obtener un metal estratégico.
No es una solución definitiva, pero sí un ejemplo de cómo la innovación en química y materiales puede replantear la forma en que se gestionan los residuos y los recursos en un mundo que intenta avanzar hacia una economía baja en carbono.
Vía rice.edu
Ricardo Torres dice
Interesante y muy buen aporte al descubrimiento científico