Impulsando 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 abastecer a las industrias del mundo, realmente solo existen 3 fuentes posibles: la extracción 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, con el reciclaje también aportando.

Sin embargo, para materiales como el litio, una de las fuentes principales son las salmueras, aguas ricas en minerales que deben evaporarse para recolectar 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 enormes estanques de evaporación que cubren miles de acres, imponiendo un alto costo ambiental a los ecosistemas locales.

Fuente: SQM

Hasta ahora, se ha logrado confiando únicamente en los rayos del Sol para calentar los estanques y evaporar el agua. Esto está lejos de ser un proceso eficiente, de ahí la necesidad de superficies masivas.

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 ).

Publicaron su invención en Nature Water¹, bajo el título “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Producción masiva de litio

(No tan sostenible) Energía verde

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

Actualmente, decenas de miles de hectáreas de estanques solares se utilizan en el mundo para extraer litio, siendo Chile el que cuenta con 6.000 hectáreas (14.800 acres).

Este método está ejerciendo una presión extrema sobre el suministro de agua de estas regiones. Peor aún, las áreas ricas en litio son generalmente desiertos, por lo que el litio se concentra en depósitos económicamente viables en primer lugar. Por lo tanto, el agua limitada disponible podría desviarse completamente hacia la industria del litio, poniendo en riesgo a los ecosistemas y comunidades locales.

Consumo de energía

Estos estanques de evaporación son un método para aprovechar la energía solar “gratis”. Es una opción superior a alternativas que usan electricidad, como la compresión mecánica de vapor o la ósmosis inversa de ultra alta presión.

Aunque probablemente sean más ecológicos, estos métodos basados en electricidad serían imposibles de implementar a gran escala. Por ejemplo, solo los estanques de evaporación chilenos están aprovechando 65 TWh de energía solar, superando el 70 % de la producción anual total de Chile (~90 TWh al año).

Un problema significativo es que, aunque es económico, el método de los estanques de evaporación está lejos de ser eficiente. Menos de la mitad de la energía solar se convierte en energía térmica, contribuyendo a la evaporación.

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

Fertilizantes

No solo el litio, sino también fertilizantes pueden producirse mediante estanques de evaporación. Notablemente, SQM produce anualmente 1,5 millones de toneladas de sales de nitrato a partir de mineral de caliche y salmueras salar.

Fuente: SQM

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

Aunque no es una fuente significativa de fertilizante comparada con la minería directa o la síntesis de fertilizantes nitrogenados usando 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 previos

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 de otros en este campo. Habían trabajado en el fenómeno llamado evaporación solar interfacial (ISE).

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

Fuente: ResearchGate

También se ha avanzado para evitar la acumulación y cristalización de sal, lo que reduciría la eficiencia con el tiempo, notablemente mejora del retroflujo de sal, diseños estructurales Janus, y cristalización direccional.

Una asociación público-privada

Este trabajo se realizó como parte del programa START Innovators de la Universidad. El programa, una combinación de beca académica y aceleradora de startups, permitió a los investigadores seguir desarrollando su tecnología mientras creaban un plan de negocio y construían emprendimientos en etapa temprana.

“Ayudar a cultivar un ecosistema en el que nuestro cuerpo docente e investigadores puedan traducir eficazmente sus tecnologías al sector comercial es una función central de la Oficina de Innovación.”

Craig Arnold – Vice Decano de Innovación y Oficial de Innovación Universitaria.

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

“Lo que podemos hacer con investigadores como el Profesor Ren y su equipo es ayudar a redirigir cómo piensan sobre sus ideas. Nuestro objetivo es cambiar radicalmente la perspectiva de los participantes, de modo que salgan de nuestro programa con una perspectiva completamente diferente a la que tenían al entrar.

Les planteamos preguntas complejas que pueden estar fuera del alcance tradicional de un investigador pero que son esenciales para traducir innovaciones académicas en resultados exitosos.”

Nena Golubovic – Directora del programa Design for Impact en Ciencias e Ingeniería

Esto parece haber funcionado, con la tecnología pasando de “pequeños prototipos en piscinas infantiles” a probar productos listos para comercialización en instalaciones de producción mineral en Sudamérica en menos de 2 años.

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

Sean Zheng – CEO de Princeton Critical Minerals (anteriormente PureLi)

Mejorando la eficiencia

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

También usaron recubrimientos patentados para nuestros materiales basados en carbono, habilitando una evaporación rápida, separación de minerales y propiedades antiincrustantes.

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

Fuente: ResearchGate

Al observarse con una cámara térmica, queda claro que la superficie del agua está mucho más caliente, con puntos calientes especialmente en una zona especial del nenúfar artificial. El diseño demostró ser capaz de convertir el 96 % de la energía solar en energía térmica, comparado con la eficiencia del 50 % de los estanques abiertos.

Fuente: ResearchGate

En conjunto, esto mejoró radicalmente la tasa de evaporación, que se duplicó en promedio (incremento del 40 %‑122 % según las concentraciones de la salmuera). También tuvo el efecto de reducir considerablemente la pérdida de agua hacia el fondo del estanque, ya que el proceso ocurrió mucho más rápido.

Fuente: ResearchGate

Investigación adicional

Los datos de la cámara térmica 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 el calor se pierde.

Dado que la temperatura afecta la solubilidad de los minerales, podría ser que un ajuste adicional de la temperatura en la superficie de los nenúfares mejore aún más la producción de litio.

“Estas preguntas solo surgieron una vez que vimos los resultados de las pruebas de campo. Si hubiéramos mantenido nuestro trabajo en el laboratorio, estas nuevas direcciones podrían nunca haber surgido.”

Z. Jason Ren – Profesor de ingeniería civil y ambiental

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

Empresas de evaporación de litio

Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

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

Fuente: SQM

En abril de 2023, la empresa tuvo que enfrentar un movimiento de Chile que amenazaba con una nacionalización parcial de la industria del litio del país. Tras el shock inicial, detalles adicionales del plan aclararon que el país aún pretendía atraer inversión extranjera privada.

Más específicamente, la empresa nacional de litio Coldeco está renegociando un contrato con SQM, y se ofrecerán otros depósitos de litio para su explotación. El contrato existente, sin embargo, será respetado y se mantendrá 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 afecta no solo 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 duradera caída en los precios internacionales del litio, lo que provocó una disminución en el precio de las acciones de la compañía, por debajo de su máximo a finales de 2022.

Fuente: Carbon Credit

Litio tuvo crecimiento del volumen de ventas (+13 %), precios promedio de venta anuales significativamente más bajos (-41 %) en 4T2024 vs 4T2023

Como resultado de los bajos precios del litio, la compañía ha generado mucho más ingresos en 2024, proporcionalmente, de otros productos que en el pasado, siendo el yodo responsable del 39 % de los beneficios brutos.

Fuente: SQM

Esto puede verse como un reflejo del riesgo real de la compañía o como una oportunidad para captar 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 estar familiarizados con el panorama de los vehículos eléctricos (demanda y el potencial de químicas innovadoras como baterías de iones de sodio, que no usan litio) y esperan que la alta volatilidad de los precios del litio persista en el futuro previsible, incluso si parecen estar parcialmente valorados más riesgos a la baja.

(Puedes leer más sobre litio y baterías en nuestros artículos “¿La demanda de litio está destinada a desplomarse con las nuevas baterías de iones de sodio?”, “¿Arkansas tiene la respuesta a nuestras necesidades de litio?” y “Invertir en logros del Premio Nobel: baterías de iones de litio para alimentar el mundo”.)

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^{Estudios citados:}

^{1. Zheng, S., Oelckers, B., Khandelwal, A. et al.(2025). Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining. NatureWater 3, 135–137. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y}