Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado una forma más eficiente y sostenible de extraer litio del mineral espodumena utilizando corriente eléctrica y peróxido de hidrógeno.
El nuevo enfoque podría disminuir los costes en un 35%, informan los investigadores
Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado un método más eficiente para extraer litio, un componente clave en las baterías utilizadas en vehículos eléctricos y dispositivos portátiles, directamente del mineral espodumena. Este proceso podría facilitar una reducción del 35,6% en los costos y del 75,3% en las emisiones de CO2 en comparación con los métodos tradicionales menos sostenibles, según el equipo liderado por Feifei Shi, profesora asistente de ingeniería energética en Penn State.
Métodos tradicionales de extracción de litio y sus desafíos
Existen dos métodos comunes para obtener litio: a través de grandes lagos de salmuera o de minerales de litio enterrados en formaciones rocosas. Actualmente, el 70% del litio se extrae mediante salmueras debido a su bajo costo, pero ambos métodos tienen efectos adversos significativos.
El método de salmuera puede tardar muchos meses y generalmente implica evaporar grandes lagos de una solución salina altamente concentrada y separar químicamente la sal de litio del sodio. Una vez que la solución se evapora por completo, el suelo restante se vuelve casi estéril y no puede sustentar mucha vida vegetal.
El otro método tradicional es lixiviar litio del mineral, lo que requiere ácidos o bases fuertes y temperaturas extremas de hasta 1.100 grados Celsius. A estas temperaturas elevadas, la densidad atómica de la espodumena se reduce, lo que permite que el ácido facilite las reacciones químicas necesarias para reemplazar los iones de litio con iones de hidrógeno, liberando el litio para su extracción. Mantener esa temperatura a escala comercial requiere un consumo de energía sustancial, mientras que la necesidad de ácido altamente concentrado añade costos adicionales y riesgos para la seguridad.
Un enfoque electroquímico innovador
El equipo de investigación ha desarrollado un método novedoso que aplica un campo eléctrico al mineral para lixiviar o disolver electroquímicamente los recursos de litio en estado sólido en una forma soluble y líquida. En comparación con los métodos de lixiviación tradicionales, disolver los iones mediante electroquímica no requiere temperaturas elevadas, alta presión ni alta concentración de agentes lixiviantes para cambiar el estado natural del mineral.
En las primeras pruebas, la corriente excitó electrones en el mineral, lo que liberó algunos iones de litio, pero no lo suficiente como para escalar el enfoque para una aplicación comercial optimizada. Shi recomendó usar peróxido de hidrógeno para promover la lixiviación, lo que reduciría las barreras de la reacción de lixiviación y facilitaría un transporte más eficiente de electrones.
En sus estudios, los investigadores observaron una eficiencia del 92,2%, comparable a los métodos tradicionales. Sin embargo, su método requiere menos tiempo de procesamiento, ya que el mediador no añade impurezas que requieran separación adicional.
Ventajas y perspectivas futuras
«Extraer litio de la salmuera requiere esperar a que el agua se evapore lentamente; no se puede controlar la rapidez con que se produce la sal, y solo se puede generar más aumentando la superficie, lo que implica más estanques de sal y más efectos adversos«, dijo Shi. «Sin embargo, con nuestro método, podemos añadir tanta espodumena como queramos y simplemente aumentar la corriente eléctrica para generar o acelerar la reacción de lixiviación«.
Zhen Lei, profesor de economía energética y ambiental en Penn State y coautor del estudio, destacó la posible reducción en costos y emisiones de carbono en comparación con los métodos actuales.
«Un factor clave para el ahorro de costos y la reducción de emisiones es que nuestro método implica solo electricidad y de manera muy eficiente, a diferencia del método existente que utiliza tanto electricidad como gas natural como insumo energético«, dijo Lei. «Otro factor clave para el ahorro de costos es que nuestro método implica muchos menos productos químicos. Si nuestro método puede funcionar bien en la extracción de litio a gran escala, tiene un gran potencial para reducir la huella ambiental«.
Para Zhang, el siguiente paso es desarrollar un método electroquímico para recuperar selectivamente el litio en precursores sólidos como cloruro de litio o hidróxido de litio que la industria pueda utilizar directamente.
«La lixiviación es solo el primer capítulo«, dijo Zhang. «Extraíamos litio de minerales al agua, ahora necesitamos desarrollarlo en fase sólida para completar la historia«. Shi afirmó que hay más trabajo e investigación adicional por venir en Penn State. «Realmente creemos que esto es una revolución«, dijo Shi. «La electroquímica va a abrir la puerta a muchas investigaciones interdisciplinarias interesantes en torno a la minería o el procesamiento de minerales«.
Innovaciones en la extracción sostenible de litio
Además de los avances en Penn State, otras instituciones están desarrollando métodos innovadores para la extracción sostenible de litio. Por ejemplo, ingenieros de la Universidad de Monash han creado una tecnología pionera que permite la extracción directa de litio en ambientes extremos, como desiertos. Esta técnica, denominada Nanofiltración Suelta Asistida por EDTA (EALNF), permite una recuperación del 90% del litio, casi el doble del rendimiento de los métodos tradicionales, y reduce drásticamente el tiempo de extracción, pasando de años a solo semanas.
Vía www.psu.edu
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