Una nueva metodología para extraer litio de aguas salinas ofrece una alternativa más eficiente, económica y respetuosa con el medio ambiente frente a los métodos tradicionales de producción de litio. Además, esta tecnología podría contribuir a resolver los problemas actuales en la cadena de suministro del litio.
Nueva tecnología para la extracción de litio: Más económica y sostenible
El método innovador permite extraer litio de las salmueras a un coste estimado de menos del 40% del método dominante actual y a una cuarta parte del precio de mercado del litio. Según un estudio publicado recientemente en Matter por investigadores de la Universidad de Stanford, esta tecnología también es mucho más fiable y sostenible en el uso de agua, productos químicos y tierras que las tecnologías actuales.
La demanda global de litio ha aumentado considerablemente en los últimos años, impulsada por el auge de los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía renovable. Hoy en día, la fuente dominante de extracción de litio depende de la evaporación de salmueras en enormes estanques durante un año o más, dejando una solución rica en litio. Posteriormente, se utilizan productos químicos, en ocasiones tóxicos, para finalizar el proceso de extracción. Las aguas con alta concentración de sales, como el litio, se encuentran naturalmente en algunos lagos, manantiales termales y acuíferos, además de ser un subproducto de operaciones de petróleo, gas natural y desalinizadoras de agua marina.
Yi Cui, autor principal del estudio y profesor de ciencia e ingeniería de materiales, destacó: «Los beneficios en eficiencia y costes inherentes a nuestro enfoque lo convierten en una alternativa prometedora a las técnicas actuales de extracción y en un posible cambio radical para la cadena de suministro de litio«.
Una solución a los desafíos actuales
El equipo de investigación estima que su enfoque tiene un coste de entre 3.200 y 4.000 euros por tonelada de hidróxido de litio de alta pureza, que puede ser convertido en carbonato de litio de grado para baterías de manera económica, en comparación con los aproximadamente 8.300 euros por tonelada del método dominante para extraer litio de la salmuera. Actualmente, el precio de mercado del carbonato de litio de grado para baterías es de casi 13.700 euros por tonelada, aunque una escasez a finales de 2022 elevó el precio volátil del litio a 73.000 euros.
El litio ha desempeñado un papel crucial en la transición global hacia la energía sostenible. Se espera que la demanda de litio aumente de aproximadamente medio millón de toneladas métricas en 2021 a entre 3 y 4 millones de toneladas métricas para 2030, según un informe de McKinsey & Co. Este aumento pronunciado se debe principalmente a la adopción rápida de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía renovable, ambos dependientes de las baterías.
El método tradicional de extracción de litio ha sido la minería de rocas, un proceso aún más caro, intensivo en energía y en el uso de productos químicos tóxicos que la extracción de salmuera. Como resultado, el método dominante hoy en día ha cambiado a la evaporación de salmueras de lagos salados, aunque a un alto coste financiero y ambiental. Este método también depende en gran medida de condiciones climáticas específicas, lo que limita el número de lagos salados comercialmente viables, generando dudas sobre la capacidad de la industria del litio para satisfacer la creciente demanda.
Beneficios económicos y ambientales
El nuevo método desarrollado por Cui y su equipo utiliza electricidad para mover el litio a través de una membrana electrolítica de estado sólido, desde agua con baja concentración de litio hacia una solución más concentrada y de alta pureza. Cada una de las celdas de la serie aumenta la concentración de litio en una solución de la cual la separación química final es relativamente sencilla. Este enfoque usa menos del 10% de la electricidad requerida por la tecnología de extracción de salmuera actual y tiene una selectividad de litio cercana al 100%, lo que lo hace altamente eficiente.
Además, el estudio incluye un breve análisis tecno-económico que compara los costes de la extracción de litio actual con los del enfoque de RCE. Se espera que el nuevo método sea relativamente económico, principalmente debido a menores costos de capital, ya que elimina la necesidad de grandes estanques de evaporación solar, que son costosos de construir y mantener. El uso significativamente menor de electricidad, agua y agentes químicos –además de los beneficios en sostenibilidad– reduce aún más los costes.
Al evitar el uso extensivo de tierras y el consumo de agua que requieren los métodos tradicionales, el enfoque de RCE también reduce la huella ecológica de la producción de litio.
Posibilidades futuras y escalabilidad
El método RCE funciona con una variedad de aguas salinas, incluidas aquellas con concentraciones variables de litio, sodio y potasio. Los experimentos del estudio demostraron que la nueva tecnología podría extraer litio, por ejemplo, de aguas residuales resultantes de la producción de petróleo.
También podría usarse para extraer litio del agua de mar, que tiene concentraciones más bajas de litio que las salmueras. La extracción de litio del agua de mar mediante métodos convencionales no es viable comercialmente en la actualidad.
Ge Zhang, coautor del estudio, señaló: «Las técnicas de extracción directa de litio, como la nuestra, han estado en desarrollo durante un tiempo. Las tecnologías competidoras principales hasta la fecha tienen desventajas significativas, como la incapacidad de operar continuamente, altos costos energéticos o eficiencia relativamente baja. Nuestro método parece no tener ninguno de estos inconvenientes. Su operación continua podría contribuir a un suministro de litio más confiable y estabilizar el volátil mercado del litio«.
Los investigadores subrayan que la escalabilidad del método RCE es prometedora. En experimentos donde se aumentó el tamaño del dispositivo a cuatro veces su tamaño original, el método continuó funcionando bien, con una alta eficiencia energética y selectividad de litio.
Sin embargo, el estudio también destaca algunas áreas para futuras investigaciones y desarrollo. Aunque no demostraron la extracción de litio del agua de mar en este estudio, los investigadores están optimizando el diseño de su dispositivo para una posible extracción más rápida y están probando otros materiales prometedores para la membrana.
Aunque aún queda trabajo por hacer, la nueva tecnología de extracción de litio de la Universidad de Stanford podría marcar un hito en la producción sostenible y económica de litio, contribuyendo significativamente a la transición global hacia energías más limpias.
Vía stanford.edu
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