Aumento de la eficiencia de la extracción de litio y minerales con nenúfares artificiales

Una alternativa a la minería de minerales

Cuando se trata de producir los minerales clave para alimentar las industrias mundiales, solo existen tres fuentes posibles: la minería de rocas, el reciclaje y la purificación de minerales disueltos. Para materiales como el hierro y el aluminio, las minas tradicionales son los principales proveedores, y el reciclaje también contribuye.

Sin embargo, para materiales como el litio, una de las principales fuentes son las salmueras, aguas ricas en minerales que deben evaporarse para recoger los minerales que contienen. Un método similar se utiliza a menudo para la producción de los dos fertilizantes más importantes: nitratos y potasa.

Este método requiere estanques de evaporación masivos que cubren miles de acres, lo que supone un alto costo ambiental para los ecosistemas locales.

Fuente: SQM

Hasta ahora, esto se ha logrado utilizando únicamente los rayos del sol para calentar los estanques y evaporar el agua. Este proceso dista mucho de ser eficiente, de ahí las enormes superficies requeridas.

Esto podría estar cambiando gracias a un nuevo material que podría acelerar la evaporación, desarrollado por investigadores de la Universidad de Princeton y en colaboración con el gigante de producción de litio Sociedad Química y Minera de Chile. (SQM + 6.34%).

Publicaron su invento en Nature Water¹, bajo el título "Evaporación solar interfacial para la minería sostenible de salmuera.

Producción masiva de litio

Energía verde (no tan sostenible)

Cuando no se extrae de rocas (depósitos de espodumena), el litio se encuentra principalmente en salmueras minerales, mezclado con otras sales y minerales disueltos. La salmuera se extrae principalmente de aguas subterráneas o se crea mediante la lixiviación del litio de depósitos ricos en minerales con agua dulce.

En la actualidad, en el mundo se utilizan decenas de miles de hectáreas de estanques solares para extraer litio, y Chile cuenta con 6,000 hectáreas (14,800 acres).

Este método ejerce una presión extrema sobre el suministro de agua de estas regiones. Para colmo, las zonas ricas en litio suelen ser desérticas, razón por la cual el litio se concentra en depósitos económicamente viables. Por lo tanto, la limitada disponibilidad de agua podría desviarse por completo hacia la industria del litio, poniendo en riesgo los ecosistemas y las comunidades locales.

Consumo de energía

Estos estanques de evaporación son un método para aprovechar la energía solar de forma gratuita. Es una opción superior a las alternativas que utilizan electricidad, como la compresión mecánica de vapor o la ósmosis inversa de ultraalta presión.

Aunque probablemente sean más ecológicos, estos métodos basados ​​en electricidad serían imposibles de implementar a gran escala. Por ejemplo, tan solo las lagunas de evaporación chilenas aprovechan 65 TWh de energía solar, lo que supera el 70 % de la producción anual total de Chile (unos 90 TWh al año).

Un problema importante es que, si bien es económico, el método de estanques de evaporación dista mucho de ser eficiente. Menos de la mitad de la energía solar se convierte en energía térmica, lo que contribuye a la evaporación.

Aquí es donde entra en juego la invención de los investigadores de Princeton.

Fertilizantes

No solo se puede producir litio, sino también fertilizantes mediante lagunas de evaporación. Cabe destacar que SQM produce anualmente 1.5 millones de toneladas de Sales de nitrato de caliche y salmueras de salar.

Fuente: SQM

Esto forma parte de una compleja mezcla química que SQM extrae de las salmueras, que incluye cloruro de litio, cloruro de potasio, cloruro de magnesio, ácido bórico y sulfato de potasio. El potasio se mezcla con esta mezcla para formar nitrato de potasio.

Si bien no es una fuente importante de fertilizantes en comparación con la minería directa o la síntesis de fertilizantes a base de nitrógeno utilizando gas natural (proceso Haber-Bosch), este es otro proceso de producción con impacto ambiental que podría mejorarse con estanques de evaporación más eficientes.

Optimización de la evaporación

Descubrimientos anteriores

El último trabajo de I+D para aumentar la eficiencia de los estanques de evaporación se basa en trabajos previos de los mismos investigadores y otros en este campo. Estos investigadores habían trabajado en el fenómeno denominado evaporación solar interfacial (EIS).

El concepto clave de ISE es utilizar un material altamente absorbente de luz para capturar casi el 100% de la radiación solar y al mismo tiempo absorber el agua salada y rica en minerales.

Fuente: ResearchGate

También se han hecho avances adicionales para evitar la acumulación y cristalización de sal, lo que reduciría la eficiencia con el tiempo, en particular mejora del reflujo de sal, Diseños estructurales de Janus y cristalización direccional.

Una asociación público-privada

Este trabajo se realizó como parte del programa START Innovadores de la Universidad. Este programa, una combinación de beca académica y aceleradora de startups, permitió a los investigadores continuar desarrollando su tecnología mientras creaban un plan de negocios y desarrollaban empresas en sus etapas iniciales.

“Contribuir a cultivar un ecosistema en el que nuestro profesorado e investigadores puedan trasladar eficazmente sus tecnologías al sector comercial es una función fundamental de la Oficina de Innovación”.

Craig Arnold – Vicedecano de Innovación y Responsable de Innovación Universitaria. 

Este enfoque busca acelerar la transferencia de tecnología desde las ideas de laboratorio a la escala industrial y traducir mejor las habilidades técnicas de los investigadores académicos en aplicaciones prácticas.

Lo que podemos hacer con investigadores como el profesor Ren y su equipo es ayudarles a reorientar su forma de pensar sobre sus ideas. Nuestro objetivo es cambiar radicalmente la perspectiva de los participantes, para que salgan de nuestro programa con una perspectiva completamente diferente a la que tenían al ingresar.

“Les hacemos preguntas complejas que pueden quedar fuera del alcance tradicional de un investigador, pero que son esenciales para traducir las innovaciones académicas en resultados exitosos”.

Nena Golubovic – DDirector del programa de Diseño para el Impacto en Ciencias e Ingeniería

Esto parece haber funcionado: la tecnología pasó de “pequeños prototipos en piscinas para niños” a probar productos listos para su comercialización en instalaciones de producción de minerales en América del Sur en menos de dos años.

Princeton nos proporcionó la base, el ecosistema y los recursos que nos han enseñado las habilidades y el conocimiento que necesitamos para tener éxito como pequeña empresa.

Sean Zheng – Director ejecutivo de Princeton Critical Minerals (anteriormente PureLi)

Impulsando la eficiencia

Mientras que el prototipo anterior utilizaba madera como material para transportar agua, los investigadores inventaron cristalizadores de fibra de celulosa retorcida. Estos permiten no solo una rápida evaporación del agua, sino también una cristalización separada espacialmente para la recuperación selectiva de litio.

También utilizaron recubrimientos patentados para nuestros materiales a base de carbono, lo que permite una rápida evaporación, separación de minerales y propiedades antiincrustantes.

La startup Princeton Critical Minerals probó su primer prototipo en un estanque de evaporación de litio real, propiedad de SQM, que tiene la forma de un nenúfar flotando en la superficie del agua.

Fuente: ResearchGate

Al observar con una cámara termográfica, se observa claramente que la superficie del agua está mucho más caliente, con puntos calientes especialmente en una zona específica del nenúfar artificial. El diseño demostró ser capaz de convertir el 96 % de la energía solar en energía térmica, en comparación con la eficiencia del 50 % de los estanques abiertos.

Fuente: ResearchGate

En general, esto mejoró radicalmente la tasa de evaporación, que se duplicó en promedio (un aumento del 40-122 % según las concentraciones de salmuera). También redujo considerablemente la pérdida de agua al fondo del estanque, ya que el proceso se realizó con mucha mayor rapidez.

Fuente: ResearchGate

Más investigación

Los datos de la cámara termográfica demostraron que la forma clave en que funcionan los nenúfares artificiales es manteniendo el calor del sol en la superficie del estanque, donde realmente se produce la evaporación, en lugar de en el fondo, donde se pierde el calor.

Como la temperatura afecta la solubilidad de los minerales, es posible que un mayor ajuste de la temperatura en la superficie de los nenúfares pueda mejorar aún más la producción de litio.

Estas preguntas solo surgieron al ver los resultados de las pruebas de campo. Si hubiéramos mantenido nuestro trabajo en el laboratorio, estas nuevas direcciones podrían no haber surgido nunca.

Z. Jason Ren – Profesor de ingeniería civil y ambiental

Otro paso será iniciar la fabricación en masa de nenúfares artificiales y explorar la economía del dispositivo, así como posibles modelos de negocios a largo plazo para Princeton Critical Minerals.

Empresas de evaporación de litio

Sociedad Química y Minera de Chile SA

SQM es la segunda empresa minera de litio más grande del mundo, sus activos en Chile y el litio representan la mayor parte del negocio de la empresa. También es líder del mercado en la producción de nitrato de potasio de origen natural y vende productos químicos especiales como yodo, cloruro de potasio, ácido bórico y cloruros de magnesio.

Fuente: SQM

En abril de 2023, la empresa tuvo que afrontar Una medida de Chile que amenaza con una nacionalización parcial de la industria del litio del país.. Más allá del shock inicial, más detalles sobre el plan aclararon que el país todavía tenía la intención de atraer inversión extranjera privada.

Más específicamente, la empresa nacional de litio Coldeco está renegociando un contrato con SQM y se ofrecerán para explotación otros depósitos de litio. No obstante, el contrato existente se respetará y estará vigente hasta 2030..

Debido a que las negociaciones están en curso, hay muy poca información disponible y es difícil predecir el futuro a largo plazo de SQM. Aún así, Chile es un país altamente dependiente de la minería para su economía, y la reacción inicial contra los planes de nacionalización, que impactó no sólo la confianza en el litio sino en toda la minería, ha obligado al gobierno a limitar sus ambiciones (¿por ahora?).

La amenaza de nacionalización fue seguida por una caída duradera de los precios internacionales del litio, lo que provocó un descenso del precio de las acciones de la compañía, desde su pico a finales de 2022.

Fuente: Crédito de carbono

Litio had crecimiento del volumen de ventas (+13%), precios de venta promedio interanual significativamente más bajos (-41%) in 4T2024 frente a 4T2023

Como resultado de los bajos precios del litio, la empresa obtuvo en 2024 muchos más ingresos, proporcionalmente, de otros productos que en el pasado, siendo el yodo responsable del 39% de las ganancias brutas.

Fuente: SQM

Esto puede verse como un reflejo del riesgo real de la empresa o como una oportunidad para atraer inversores dispuestos a asumir el riesgo y obtener un sólido rendimiento de dividendos.

Al igual que con todas las inversiones en litio, los inversores querrán familiarizarse con el panorama de los vehículos eléctricos (la demanda y el potencial de la química innovadora, como las baterías de iones de sodio, que no utilizan litio) y esperar que la alta volatilidad de los precios del litio persista en el futuro previsible, incluso si parece que hay más riesgos a la baja incluidos en el precio.

(Puedes leer más sobre el litio y las baterías en nuestros artículos “¿La demanda de litio se desplomará con las nuevas baterías de iones de sodio?,¿Tiene Arkansas la respuesta a nuestras necesidades de litio? y Invertir en los logros del Premio Nobel: baterías de iones de litio para alimentar al mundo".)

Lo último sobre Sociedad Química y Minera de Chile SA

^{Estudios referenciados:}

^{1. Zheng, S., Oelckers, B., Khandelwal, A. et al.(2025). Evaporación solar interfacial para la minería sostenible de salmuera. NatUreAgua 3, 135-137. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y}