Cosecha Sostenible de Litio – Revolucionando las Cadenas de Suministro de Vehículos Eléctricos

Impulsado por los esfuerzos globales de descarbonización, se prevé que el crecimiento de los vehículos eléctricos (EV) continúe a un ritmo rápido, representando más de la mitad de las ventas de vehículos a nivel mundial en diez años.

Esta electrificación generalizada del sector del transporte, que representa alrededor del 20 % de las emisiones globales de dióxido de carbono (CO₂) debido a su gran dependencia de los combustibles fósiles, ayudará a reducir significativamente las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI).

Sin embargo, esta rápida transición a los EVs trae un problema importante: una fuerte presión sobre la cadena de suministro de los elementos críticos utilizados en las baterías de los EV.

Entre las baterías de EV, las de iones de litio son las más utilizadas debido a su bajo costo y densidad de energía sin igual, y se espera que sigan siendo la química de batería dominante. Esto significa que el litio (Li), en particular, continuará siendo un componente esencial.

El metal alcalino blando, de color blanco plateado, que es el más ligero de todos los elementos sólidos y reacciona vigorosamente con el agua, se utiliza en cantidades considerables en un solo paquete de batería de EV.

Así que, naturalmente, se anticipa que la demanda de litio crecerá exponencialmente durante la próxima década, tanto que superará con creces lo que se puede obtener mediante la minería de minerales de litio o la extracción de salmueras ricas en litio para 2030.

El Problema de la Cadena de Suministro del Elemento Crítico de la Batería

Se prevé que la demanda de baterías de iones de litio supere un teravatio‑hora (TWh) este año, un aumento dramático respecto a los 74 gigavatios‑hora (GWh) de hace una década, según la Base de Datos de Baterías de Iones de Litio de Benchmark.

Esta creciente demanda de baterías de iones de litio, que es fundamental para el crecimiento de la industria automotriz y la transición energética, ha llevado a los países a buscar desarrollar sus propias cadenas de suministro domésticas.

Aunque China domina la industria, la competencia se intensifica, con EE. UU. buscando obtener el control en la tecnología de EV y baterías. Ambos países están imponiendo restricciones comerciales para proteger sus industrias y posicionarse en la cima.

En enero de este año, China propuso restringir las tecnologías de extracción y refinación de litio para obtener mayor control sobre la cadena de suministro global de litio. China, que también alberga a los principales fabricantes de baterías de litio del mundo, con CATL representando la mayor cuota de mercado con un 35 %, seguida de BYD, se ha convertido en el segundo mayor poseedor a nivel mundial, con el 16,5 % del total global, ya que sus reservas de litio se triplican.

Bolivia, Chile y Argentina son los demás poseedores más prominentes de reservas de litio, y nuevos productores de litio como Arabia Saudita se están sumando mediante fuertes inversiones en proyectos de litio.

EE. UU. también se encuentra entre los principales países con reservas significativas de litio. Sin embargo, a pesar de ello, su producción es relativamente pequeña —menos del 2 % del total mundial— y casi todo ese litio proviene de la instalación Silver Peak de Albemarle. Por ello, la orden “Desatando la Energía Americana” busca simplificar los permisos para la minería y fortalecer las capacidades domésticas.

Hace unos meses, un alto funcionario de EE. UU. acusó a los productores chinos de litio de eliminar proyectos competidores al inundar el mercado global con el metal crítico y provocar una caída de precios “depredadora”.

Los precios del litio han disminuido más del 80 % en el último año, en gran parte debido a la sobreproducción de China. Según José Fernández, entonces Subsecretario de Estado para el Crecimiento Económico, la Energía y el Medio Ambiente:

“Practican precios depredadores… (ellos) bajan el precio hasta que la competencia desaparece. Eso es lo que está sucediendo.”

China, añadió, estaba produciendo mucho más litio “de lo que el mundo necesita hoy, con diferencia”. Esto ha provocado precios bajos, que Fernández dijo “limita nuestra capacidad de diversificar nuestras cadenas de suministro a gran escala global”.

A medida que la competencia se intensifica y la volatilidad de los precios amenaza las cadenas de suministro globales, hay una presión urgente por métodos de extracción alternativos para garantizar un suministro de litio estable y sostenible.

Abordando la Brecha de Oferta y Demanda de Litio

Abordar eficazmente la brecha de suministro de litio requiere pasar de los medios convencionales a fuentes acuosas no convencionales. Esto incluye extraer litio de salmueras geotérmicas, aguas residuales industriales, agua producida por petróleo y gas, y aguas subterráneas.

Tradicionalmente, este tipo de extracción implica una preconcentración mediante evaporación solar, seguida de una serie de pasos de purificación y precipitación basados en químicos.

Como resultado, la extracción de litio está restringida a regiones con tierras secas y extensas. Además, implica tiempos de procesamiento prolongados y tiene impactos ambientales adversos, y a pesar de todo, aún presenta bajas tasas de recuperación de litio.

Por eso, las tecnologías de extracción directa de litio (DLE) se han convertido en el foco, ya que pueden superar las limitaciones de tiempo y uso de tierra. Estas tecnologías también pueden obtener litio de alta pureza sin requerir pasos de post‑tratamiento basados en químicos.

En este contexto, las resinas de intercambio iónico y los adsorbentes, en particular, son investigados intensamente para la extracción de litio, pero estas técnicas aún requieren una preconcentración parcial del litio debido a su limitada selectividad y exigen grandes volúmenes de agua dulce o químicos para su regeneración.

La intercalación electroquímica de litio, en contraste, muestra una impresionante selectividad de litio, pero estos enfoques sufren de una vida útil de los electrodos severamente limitada y requieren regeneración periódica.

Sin embargo, las membranas altamente selectivas tienen el potencial de superar estas limitaciones al proporcionar una recuperación continua y sostenible de litio. Este método facilita el transporte preferencial de litio sobre iones competidores.

En relación con esta técnica, la investigación de materiales de membrana que ofrezcan alta selectividad de litio frente a iones divalentes y monovalentes competidores sigue siendo crucial.

Recientemente, investigadores del laboratorio Elimelech en la Universidad de Rice lograron un gran avance al reutilizar electrolitos de estado sólido (SSE) como materiales de membrana para la extracción acuosa de litio.

Los SSE son un tema intensamente investigado en la comunidad de baterías, pero no como material de membrana para separaciones iónicas acuosas. El desarrollo de los SSE ha sido el foco en el campo de las baterías debido a las preocupaciones de seguridad provocadas por la inflamabilidad de los electrolitos líquidos de uso común.

Los electrolitos de estado sólido (SSE) ofrecen alternativas prometedoras a los electrolitos líquidos tradicionales en baterías, proporcionando mayor seguridad y potencial para mayor densidad energética. Los SSE son materiales sólidos que permiten el transporte de iones, como los iones de litio, entre los electrodos de una batería.

Además de ofrecer mayor seguridad al no ser inflamables, los SSE son también más duraderos, pero enfrentan desafíos como menor conductividad iónica e inestabilidad interfacial.

En lo que respecta a la posible aplicación de los SSE como materiales de membrana para la extracción selectiva de iones de litio del agua de mar, algunos estudios han demostrado su posible uso, pero la evaluación fundamental y la comprensión del transporte en los SSE no se han explorado.

Así, el estudio más reciente evalúa el uso de un SSE conductor de iones de litio como membrana para la extracción acuosa de litio, investigando los fundamentos del transporte de iones y agua en el SSE y evaluando su selectividad ión‑ión frente a los cationes competidores comunes en salmueras de litio.

Los resultados del estudio indican una “selectividad de litio prácticamente perfecta”. También reveló una relación importante: aunque impenetrables, la presencia de cationes competidores (un ion con carga positiva) sigue afectando negativamente el flujo de iones de litio.

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Allanando el Camino para Cadenas de Suministro Sostenibles de Baterías de EV

Publicado en Science Advances¹, el estudio detalla el desarrollo del método eficiente de extracción de litio —una membrana de electrolito de estado sólido altamente selectiva que revoluciona la cosecha de litio con una selectividad casi perfecta, mejorando así la sostenibilidad en las cadenas de suministro de baterías de EV.​

El equipo de investigación descubrió que la estructura altamente ordenada y confinada de los SSE, originalmente diseñada para la conducción rápida de iones de litio en baterías de estado sólido, es capaz de lograr una separación sin precedentes tanto de iones como de agua en mezclas acuosas.

Esto marca un posible avance en la recuperación sostenible de recursos que puede ayudar a reducir la dependencia de técnicas tradicionales. Según el autor correspondiente Menachem Elimelech, Nancy y Clint Carlson, Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental:

“El desafío no es solo aumentar la producción de litio, sino hacerlo de una manera que sea tanto sostenible como económicamente viable.”

La nueva técnica desarrollada por el equipo de investigación depende de una diferencia fundamental entre las membranas nanoporous tradicionales y los SSE.

La diferencia radica en que las membranas convencionales dependen de poros nanoscópicos hidratados para transportar iones, mientras que los SSE mueven los iones de Li mediante un mecanismo de salto anhidro dentro de una red cristalina altamente ordenada.

“Esto significa que los iones de litio pueden migrar a través de la membrana mientras que otros iones competidores, e incluso el agua, son bloqueados eficazmente. La selectividad extrema que ofrece nuestro enfoque basado en SSE lo convierte en un método altamente eficiente para la cosecha de litio, ya que la energía solo se emplea para mover los iones de litio deseados a través de la membrana.”

– Primer autor Sohum Patel, actualmente investigador postdoctoral en el Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Para probar este fenómeno, el equipo utilizó una configuración de electrodialisis, donde la electricidad se usa para impulsar iones de Li a través de la membrana.​

El resultado del experimento mostró que incluso cuando la concentración de iones competidores era alta, el SSE continuó exhibiendo una selectividad de litio casi perfecta sin iones competidores discernibles. Esto es algo que las tecnologías de membranas tradicionales no han podido lograr.

Ahora, para responder a la pregunta de por qué los SSE demuestran una selectividad tan excepcional de iones de litio, el equipo utilizó una combinación de técnicas computacionales y experimentales para investigar, lo que apuntó a la red cristalina rígida y compacta del SSE. Esta estructura impide no solo que las moléculas de agua penetren la membrana, sino también a iones más grandes como los de sodio y magnesio.

“La red actúa como un tamiz molecular, permitiendo que solo los iones de litio pasen. Esta combinación de exclusión de tamaño y carga altamente precisa es lo que hace que la membrana SSE sea tan única.”

– Elimelec

Aunque los iones competidores no pasaron a través del SSE, los investigadores observaron que su presencia redujo el flujo de litio, aunque aún era comparable al observado en materiales de membrana significativamente menos selectivos. Los investigadores creen que este desafío, causado por el bloqueo de los sitios superficiales disponibles para el intercambio iónico, puede abordarse mediante una mayor ingeniería de materiales.

Además, se requiere trabajo adicional para demostrar la efectividad del SSE cuando se aplica a aguas fuente cada vez más complejas y salinas.

En general, el estudio destaca “la aplicación altamente prometedora de los SSE para la recuperación de litio”.

Según los investigadores, este método recién desarrollado puede ayudar a asegurar un suministro estable de litio para una amplia gama de industrias, incluidos los sectores automotriz, electrónico y de energía renovable.

No solo las membranas basadas en SSE pueden ayudar a abordar la escasez de litio que se avecina, sino que también pueden hacerlo de manera sostenible y sin afectar negativamente al medio ambiente como la minería tradicional. Según Patel:

“Al integrar los SSE en sistemas de electrodialisis, podríamos permitir la extracción directa de litio de una variedad de fuentes acuosas, reduciendo la necesidad de grandes estanques de evaporación y pasos de purificación intensivos en químicos. Esto podría reducir significativamente la huella ambiental de la producción de litio al tiempo que hace el proceso más eficiente.”

Se espera que el método, que también podría reducir los costos asociados con la producción de litio, vea una posible adopción industrial dentro de 5‑8 años. Los investigadores esperan que los materiales SSE estén “a la vanguardia de las tecnologías DLE” en el futuro.

Además de esto, el estudio anticipa aplicaciones más amplias para los SSE en separaciones selectivas de iones más allá del litio.

Como señaló Elimelech, los mecanismos de selectividad iónica en electrolitos de estado sólido (SSE) pueden inspirar el desarrollo de membranas similares para extraer otros elementos críticos de fuentes de agua, abriendo la puerta a “una nueva clase de materiales de membrana para la recuperación de recursos”.

Empresa Innovadora

Albemarle Corporation

Ahora, si observamos una empresa invertible prominente en este campo, Albemarle Corporation (ALB ) destaca por ser un líder global en la producción de litio, que está invirtiendo en tecnologías de extracción sostenibles.

La compañía opera minas en Australia, Chile y EE. UU. Sus recursos de litio, que Albemarle afirma que son “entre los más grandes y de mayor calidad del mundo”, comprenden depósitos de roca dura y salmuera hipersalina.

Sin embargo, Albemarle está enfrentando desafíos, lo que la llevó el verano pasado a pausar una planta de procesamiento de litio para EV de 1,3 mil millones de dólares en Carolina del Sur, EE. UU. Al mismo tiempo, detuvo la expansión de una planta de fabricación en Australia, donde produce hidróxido de litio de grado batería para EVs, debido a los precios débiles del litio. La noticia llegó apenas un año después de que Albemarle compartiera su plan de duplicar la producción, con una gran parte de su pérdida de más de 1 mil millones de dólares en el tercer trimestre de 2024 atribuida a la expansión fallida de este proyecto.

La caída de precios en el mercado del litio continúa debido a la fuerte producción en Chile, aranceles de la administración Trump y una desaceleración en la demanda tras las vacaciones del Año Nuevo Lunar en China. Como resultado, Albemarle tuvo que cancelar no solo sus proyectos de expansión sino también reducir personal.

Actualmente, Albemarle Corporation opera principalmente a través de tres divisiones principales — Energy Storage, Specialties y Ketjen.

La división Energy Storage fabrica cloruro de litio, hidróxido de litio y carbonato de litio. El segmento Specialties optimiza soluciones altamente especializadas de litio y bromo y sirve a las industrias de movilidad, energía, conectividad y salud. El enfoque de Ketjen está en soluciones de catalizadores de alto rendimiento (PCS), tecnologías de combustibles limpios (CFT) y catalizadores y aditivos de craqueo catalítico fluidizado (FCC) que sirven a los mercados aeroespacial, automotriz, de energía convencional, almacenamiento en red y otros.

Con una capitalización de mercado de 8,78 mil millones de dólares, las acciones de Albemarle cotizan actualmente a 74,82 $, con una caída del 12,28 % en lo que va del año. La compañía tiene un EPS (TTM) de -11,19 y un P/E (TTM) de -6,74, mientras que el rendimiento de dividendos pagado es del 2,15 %. El 27 de febrero, la empresa declaró un dividendo trimestral de acciones comunes de 0,405 $ por acción, pagadero el 1 de abril.

En cuanto a sus finanzas, para el cuarto trimestre de 2024, Albemarle reportó ventas netas de 1,2 mil millones de dólares, mientras que el ingreso neto fue de 75 millones de dólares o 0,29 $ por acción diluida, y la pérdida diluida ajustada por acción fue de (1,09 $).

Las ventas netas experimentaron una caída del 48 % respecto al mismo trimestre del año anterior, que ascendía a 2,4 mil millones de dólares, lo que la compañía atribuyó a precios y volúmenes más bajos en Energy Storage. Las ventas netas por división fueron las siguientes: 617 millones de dólares en Energy Storage, 333 millones en Specialties y 282 millones en Ketjen.

Durante el cuarto trimestre, Albemarle también informó haber alcanzado una producción récord en las plantas de conversión de litio Meishan y La Negra. Sin embargo, planea poner su sitio en Chengdu, China, en mantenimiento a mediados de este año.

Para el año completo, la compañía reportó ventas netas de 5,4 mil millones de dólares y una pérdida neta de 1,2 mil millones de dólares, mientras que el efectivo de operaciones fue de 702 millones de dólares. Al 31 de diciembre de 2024, Albemarle tenía aproximadamente 2,8 mil millones de dólares en liquidez, incluidos 1,2 mil millones en efectivo y equivalentes. Su deuda total, mientras tanto, era de 3,5 mil millones de dólares.

“Estamos tomando acciones decisivas para reducir costos, optimizar nuestra red de conversión y aumentar la eficiencia para preservar nuestra posición competitiva a largo plazo. Al mirar hacia el futuro, esperamos que las condiciones de mercado dinámicas persistan, pero seguimos confiados en nuestra capacidad de ofrecer valor a los interesados al incrementar nuestra flexibilidad financiera, fortalecer nuestras capacidades centrales y posicionar a Albemarle para el crecimiento futuro.”

– CEO Kent Masters

Para 2025, la compañía espera que su gasto de capital esté en el rango de 700 millones a 800 millones de dólares, un 50 % menos que los 1,7 mil millones de 2024. Este gasto, señaló Albemarle, refleja una priorización de mantener los activos y recursos existentes.

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Conclusión 

En el mundo hiper‑móvil de hoy, los vehículos eléctricos han surgido como una solución al problema de la sostenibilidad. Los EV ofrecen una forma de reducir las emisiones de carbono y disminuir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. En el núcleo de esta revolución se encuentra la tecnología de baterías, que está ayudando a los EV a remodelar el futuro del transporte.

Un componente clave de estas baterías es el litio, que es fundamental para alimentar no solo los EV, sino también muchos dispositivos modernos y sistemas de almacenamiento de energía. Dada la importancia del litio en la transición hacia energía limpia, el mundo está compitiendo por asegurar un suministro estable de litio.

Los métodos convencionales de extracción de litio, aunque eficaces, están limitados por preocupaciones medioambientales, minería intensiva en recursos y largos tiempos de procesamiento. Aquí, avances como el uso de membranas de electrolito de estado sólido (SSE) presentan una solución transformadora, ya que permitir una cosecha sostenible y eficiente de litio no solo puede aliviar los inminentes problemas de la cadena de suministro, sino también redefinir el futuro de la producción de baterías.

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