Aprovechando las piscinas geotérmicas para responder a nuestras necesidades de litio

La búsqueda de cada vez más litio

Con el auge de los vehículos eléctricos (EV), la demanda de baterías de iones de litio se disparó, al igual que la necesidad de recursos de litio. Se espera que esta demanda siga creciendo exponencialmente, quedando solo en duda la pendiente de esta curva, dependiendo de la velocidad de adopción de los EV.

Fuente: Statista

Esto ha causado problemas, ya que el litio es difícil de extraer. En el pasado, esto provocó fluctuaciones de precios salvajes, haciendo que los costos de insumo fluctúen fuertemente para los fabricantes de baterías y vehículos eléctricos.

Fuente: Carbon Credit

Actualmente, el litio se produce mayormente a partir de rocas duras o salmueras de agua salada, ambas requiriendo mucho consumo de energía o agua.

Una alternativa sería producir litio a partir de salmueras geotérmicas, el agua encontrada en depósitos subterráneos. Sin embargo, esto ha sido complicado desde el punto de vista técnico.

Esto podría haber cambiado gracias al trabajo de investigadores de la Universidad de Rice, que publicaron sus resultados en la prestigiosa publicación PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) bajo el título “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine”.

¿De dónde proviene el litio?

El litio constituye solo el 0.002 % de la corteza terrestre y rara vez se encuentra en depósitos concentrados que sean comercialmente viables.

Actualmente, la mayor parte de las baterías del mundo y del litio refinado provienen de China. El mineral en sí se extrae principalmente en el “triángulo del litio” (Chile, Argentina, Bolivia), China y Australia.

Fuente: Progress in Natural Science

Esto ha llevado a otros países a buscar fuentes alternativas, siendo las salmueras subterráneas (agua salada) una buena candidata. Por ejemplo, se descubrió recientemente que Arkansas podría contener más recursos de litio en salmuera presente junto a depósitos de petróleo y gas que todas las reservas de litio previamente conocidas en EE. UU.

Estas salmueras a menudo contienen una concentración relativamente alta de litio. El problema es cómo extraer el litio de estas salmueras, ya que usualmente contienen también una mezcla compleja de otros minerales.

Debido a que estas salmueras están altamente concentradas, la extracción directa de litio (DLE) se está considerando como una alternativa a la gran piscina de evaporación utilizada hasta ahora.

Fuente: Euronews

Extracción directa de litio

La extracción directa apunta a los átomos de litio mediante un proceso de extracción selectiva. Esto puede lograrse a través de varios métodos diferentes:

• DLE basado en adsorción, donde el litio es absorbido físicamente por un material dedicado.
• DLE basado en intercambio iónico, donde el litio se intercambia contra cationes (iones positivos).
• DLE basado en extracción con solvente, donde un solvente líquido orgánico absorbe y disuelve el litio de la salmuera.

Fuente: Lithium Harvest

Extracción electroquímica de litio

Otra opción que no se ha explorado mucho es la extracción electroquímica de litio. La idea es usar una corriente eléctrica potente para separar el litio de los demás minerales en la salmuera.

Como dijimos, estas salmueras contienen muchos otros minerales con tamaños iónicos y cargas similares, incluyendo magnesio, calcio, sodio y potasio. Esto hace que cualquier método basado solo en propiedades iónicas sea difícil, ya que se necesita repetirlo muchas veces para seleccionar únicamente el litio.

La alternativa podría ser usar corriente eléctrica en su lugar, pero las salmueras a menudo contienen muchos iones cloruro que pueden convertirse en gas cloro extremadamente tóxico durante los procesos electroquímicos tradicionales para aislar el litio.

El gas cloro, también conocido como halógeno, se utilizó notablemente como gas de combate durante la Primera Guerra Mundial. Sin embargo, el problema de su producción durante la extracción electroquímica de litio ha bloqueado hasta ahora que esta tecnología se use comercialmente.

Uso de la tecnología de baterías para la extracción de litio

Paradójicamente, las innovaciones en la tecnología de baterías podrían ayudar a resolver el problema de la extracción de litio para las mismas baterías. Los investigadores de la Universidad de Rice utilizaron una membrana de cerámica de vidrio conductora de iones de litio (LICGC) recién desarrollada, una tecnología a menudo usada en baterías pero nunca antes aplicada al procesamiento de litio. LICGC es un material electrolito sólido que es un buen candidato para la construcción de baterías de estado sólido.

La membrana es muy eficaz al permitir selectivamente que solo los iones de litio pasen, mientras retiene los iones de los demás químicos.

Reactor electroquímico de 3 cámaras

Los reactores electroquímicos tradicionales para la extracción de litio están diseñados con 2 cámaras: la primera contiene la salmuera objetivo, y la segunda contiene el litio extraído.

Al añadir la membrana LICGC en el medio, los investigadores crearon una tercera cámara intermedia, donde principalmente solo el litio puede pasar a través de la LICGC.

“Nuestro campo ha luchado durante mucho tiempo con las ineficiencias y los impactos ambientales de la extracción de litio. Este reactor es un testimonio del poder de combinar la ciencia fundamental con la ingeniosidad de la ingeniería para resolver problemas del mundo real.”
Haotian Wang, Rice associate professor of chemical and biomolecular engineering.

Durante las pruebas realizadas por los investigadores, la tasa de pureza del litio alcanzó el 97,5 %. Mientras tanto, las concentraciones de Na⁺, K⁺, Mg²⁺ y Ca²⁺ fueron tan bajas que quedaron por debajo del límite de detección de los instrumentos de los investigadores.

Más importante aún, es especialmente eficiente al mantener alejados los iones cloruro, reduciendo drásticamente la producción de gas cloro. En lugar de consumir mucha energía y crear gases nocivos, solo el 6,4 % de la energía total reaccionó con iones cloruro en el nuevo diseño.

 Sin embargo, algunos problemas necesitan solución

Durante sus pruebas, los investigadores notaron una acumulación de iones de sodio en la membrana LICGC. Si no se controla, esta acumulación podría afectar la eficiencia del reactor con el tiempo. Por lo tanto, hasta que se solucione, el reactor electroquímico de 3 cámaras no estará listo para su despliegue a escala comercial.

Una de las posibilidades consideradas para resolver el problema sería pre‑procesar la salmuera para reducir el contenido de sodio.

Otra sería encontrar recubrimientos de membrana especializados para evitar que los iones de sodio se adhieran desde el principio.

Invertir en litio y tecnología de baterías

Las baterías de iones de litio ya han cambiado el mundo varias veces, desde permitir a las personas llevar electrónica avanzada a todas partes hasta impulsar automóviles únicamente con electricidad.

Podrían volver a hacerlo, o con otros tipos de baterías, al permitir una red eléctrica 100 % renovable o la electrificación de aviones al alcanzar una densidad de energía suficientemente alta.

Puedes invertir en empresas relacionadas con baterías a través de muchos corredores, y aquí, en securities.io, puedes encontrar nuestras recomendaciones de los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, el Reino Unido, así como en muchos otros países.

Si no te interesa seleccionar empresas específicas de litio o baterías, también puedes considerar ETFs biotecnológicos como Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), el Lithium & Battery Tech ETF (LIT) de Global X, o el WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, que ofrecerán una exposición más diversificada para capitalizar el creciente sector de litio y baterías.

O puedes consultar nuestro “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Empresa de extracción directa de litio

Rio Tinto

Rio Tinto es un gigante de la industria minera (el segundo más grande del mundo), con una fuerte presencia en la minería de hierro, así como de cobre, aluminio, oro, uranio, etc.

Rio Tinto se está expandiendo rápidamente, notablemente con el mega proyecto de mina de hierro de Simandú en Guinea y la mina de cobre Oyu Tolgoi, el proyecto más grande en la historia de Mongolia.

Se espera que Rio Tinto aporte el 25 % del crecimiento del suministro mundial de cobre en los próximos 5 años.

Recientemente ha realizado una gran incursión en el sector de la minería de litio, con la adquisición del gigante del litio Arcadium Lithium, que a su vez es el resultado de la fusión en 2023 de los grandes productores de litio Allkem y Livent, convirtiéndose en el tercer mayor productor de litio del mundo.

Fuente: Arcadium

La fusión creó una empresa en todas las etapas de producción y procesamiento de litio. Arcadium tiene planes de expansión para más que duplicar su capacidad para finales de 2028.

Arcadium Innovations

DLE

Con respecto a esta adquisición, lo que se ha descrito como “el verdadero premio de Rio Tinto” es la tecnología de extracción directa de litio (DLE) de Arcadium. Arcadium ha estado trabajando en DLE desde 1996, en combinación con pozos de evaporación, y recientemente ha logrado avances significativos para hacerla comercialmente viable como método de extracción independiente.

Cabe destacar que Livent adquirió ILiAD Technologies en 2023.

“La plataforma tecnológica ILiAD combina un adsorbente selectivo de litio superior con un procesamiento continuo de lecho contracorriente.”
“Livent es el principal practicante mundial y el mayor usuario de procesos de producción basados en DLE, y estamos encantados de que hayan reconocido las ventajas que ILiAD aporta al futuro de la DLE.”

Parece que la experiencia a largo plazo de Arcadium con DLE, y la “amplia gama de salmueras cargadas de litio bajo una gran variedad de condiciones” de ILiAD fueron una razón principal para la decisión de Rio Tinto de adquirir Arcadium, además de su baja valoración debido a la naturaleza cíclica de los mercados de litio.

Aunque a largo plazo la extracción electroquímica de litio podría reemplazar los métodos basados en adsorbentes, también es probable que la experiencia en DLE a gran escala resulte rentable si este se convierte en el método principal de extracción de litio en el futuro.

Lámina de litio

Arcadium también desarrolló LIOVIX, una forma de lámina de litio imprimible que podría usarse para mejorar el rendimiento de las baterías, reducir los costos de fabricación y disminuir el uso de litio.

Fuente: Arcadium

Perfil verde de Rio Tinto

La adquisición de Arcadium colocó firmemente a Rio Tinto en el grupo de innovadores de la industria minera después de su innovación en la extracción de cobre a través de su empresa Nuton. La nueva tecnología de Nuton permite una tasa mucho mayor de recuperación de cobre a partir del mineral extraído.

La producción de aluminio de Rio Tinto es de bajo carbono, gracias a que se utiliza energía hidroeléctrica para refinar la bauxita en alúmina y luego en aluminio.

Rio Tinto también invirtió en otros proyectos de litio, adquiriendo recientemente el proyecto Ricon en Argentina y el controvertido proyecto de litio Jadar en Serbia (potencialmente el mayor proyecto de litio en Europa).

Debido a sus recientes adquisiciones y nuevos proyectos, Rio Tinto debería verse cada vez más como un minero de hierro en el núcleo, con un perfil cada vez más verde y un fuerte crecimiento en todos los metales requeridos por la transición energética, especialmente cobre, aluminio bajo en carbono y litio.

Referencia del estudio:

^{1. Feng, Y., Park, Y., Hao, S., Fang, Z., Terlier, T., Zhang, X., Qiu, C., Zhang, S., Chen, F., Zhu, P., Nguyen, Q., Wang, H., & Biswal, S. L. (2024). Reactor electroquímico de tres cámaras para la extracción selectiva de litio de la salmuera. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}