Meningkatkan Efisiensi Ekstraksi Litium dan Mineral dengan Bunga Teratai Buatan

Alternatif untuk Penambangan Mineral

Ketika berbicara tentang memproduksi mineral penting untuk memenuhi kebutuhan industri dunia, sebenarnya hanya ada 3 sumber yang mungkin: menambang batu, daur ulang, dan memurnikan mineral terlarut. Untuk material seperti besi dan aluminium, tambang tradisional adalah pemasok utama, dengan daur ulang juga memberikan kontribusi.

Namun, untuk material seperti litium, salah satu sumber utama adalah brine, air kaya mineral yang harus diuapkan untuk mengumpulkan mineral yang terkandung di dalamnya. Metode serupa sering digunakan untuk produksi dua pupuk terpenting: nitrat dan potas.

Metode ini memerlukan kolam penguapan besar yang menutupi ribuan hektar, menimbulkan beban lingkungan yang berat bagi ekosistem lokal.

Source: SQM

Sejauh ini, proses tersebut dicapai dengan mengandalkan sinar Matahari saja untuk menghangatkan kolam dan menguapkan air. Ini jauh dari proses yang efisien, sehingga diperlukan permukaan yang sangat luas.

Hal ini mungkin akan berubah, berkat material baru yang dapat mempercepat penguapan, yang dikembangkan oleh peneliti di Universitas Princeton bekerja sama dengan raksasa produksi litium Sociedad Química y Minera de Chile (SQM ).

Mereka mempublikasikan penemuan mereka di Nature Water¹, dengan judul “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Produksi Massal Litium

(Tidak Begitu Berkelanjutan) Energi Hijau

Ketika tidak diekstraksi dari batu (deposito spodumen), litium sebagian besar ditemukan dalam brine mineral, yang tercampur dengan garam lain dan mineral terlarut. Brine biasanya diekstraksi dari air bawah tanah atau dihasilkan dengan melarutkan litium dari deposit kaya mineral menggunakan air bersih.

Saat ini, puluhan ribu hektar kolam surya digunakan di seluruh dunia untuk mengekstraksi litium, dengan Chili memiliki 6.000 hektar (14.800 acre).

Metode ini memberikan tekanan ekstrem pada pasokan air di wilayah tersebut. Lebih buruk lagi, daerah kaya litium umumnya merupakan gurun, itulah mengapa litium terkonsentrasi dalam deposit yang secara ekonomi layak. Oleh karena itu, air yang terbatas mungkin seluruhnya dialihkan ke industri litium, menempatkan ekosistem dan komunitas lokal dalam risiko.

Konsumsi Energi

Kolam penguapan ini merupakan metode untuk memanfaatkan energi surya “secara gratis”. Ini merupakan pilihan yang lebih unggul dibandingkan alternatif yang menggunakan listrik, seperti kompresi uap mekanik atau reverse osmosis bertekanan ultra tinggi.

Meskipun mungkin lebih ekologis, metode berbasis listrik ini tidak mungkin diterapkan secara skala besar. Misalnya, kolam penguapan di Chili saja memanfaatkan 65 TWh energi surya, melebihi 70% dari total produksi tahunan Chili (~90 TWh per tahun).

Masalah signifikan adalah bahwa, meskipun murah, metode kolam penguapan jauh dari efisien. Kurang dari setengah energi surya yang diubah menjadi energi termal, yang berkontribusi pada penguapan.

Di sinilah penemuan para peneliti Princeton berperan.

Pupuk

Tidak hanya litium tetapi juga pupuk dapat diproduksi melalui kolam penguapan. Secara khusus, SQM memproduksi setiap tahun 1,5 juta tongaram nitrat dari bijih kaliche dan brine salar.

Source: SQM

Ini merupakan bagian dari campuran kimia kompleks yang diekstrak SQM dari brine, termasuk litium klorida, kalium klorida, magnesium klorida, asam borat, dan kalium sulfat. Kalium kemudian dicampur untuk membentuk kalium nitrat.

Meskipun bukan sumber pupuk yang signifikan dibandingkan penambangan langsung atau sintesis pupuk berbasis nitrogen menggunakan gas alam (proses Haber-Bosch), ini merupakan proses produksi lain yang berdampak lingkungan yang dapat ditingkatkan dengan kolam penguapan yang lebih efisien.

Mengoptimalkan Penguapan

Penemuan Sebelumnya

Pekerjaan R&D terbaru untuk meningkatkan efisiensi kolam penguapan dibangun di atas pekerjaan sebelumnya oleh peneliti yang sama dan lainnya di bidang ini. Mereka telah mempelajari fenomena yang disebut interfacial solar evaporation (ISE).

Konsep kunci ISE adalah memanfaatkan material yang sangat menyerap cahaya untuk menangkap hampir 100% radiasi surya sekaligus menyerap air yang asin dan kaya mineral.

Source: ResearchGate

Kemajuan tambahan juga telah dicapai untuk menghindari akumulasi garam dan kristalisasi, yang akan mengurangi efisiensi seiring waktu, terutama peningkatan aliran balik garam, desain struktural Janus, dan kristalisasi arah.

Kemitraan Publik-Swasta

Pekerjaan ini dilakukan sebagai bagian dari program START Innovators Universitas. Program ini, kombinasi beasiswa akademik dan akselerator startup, memungkinkan peneliti melanjutkan pengembangan teknologi mereka sambil membuat rencana bisnis dan membangun usaha tahap awal.

“Membantu menumbuhkan ekosistem di mana fakultas dan peneliti kami dapat secara efektif menerjemahkan teknologi mereka ke sektor komersial adalah fungsi inti dari Office of Innovation.”

Craig Arnold – Vice Dean for Innovation and University Innovation Officer. 

Pendekatan ini bertujuan mempercepat transfer teknologi dari ide laboratorium ke skala industri dan lebih baik menerjemahkan keterampilan teknis peneliti akademik ke aplikasi praktis.

“Apa yang dapat kami lakukan dengan peneliti seperti Profesor Ren dan timnya adalah membantu mengarahkan kembali cara mereka memikirkan ide-ide mereka. Tujuan kami adalah secara radikal mengubah perspektif peserta, sehingga mereka meninggalkan program kami dengan perspektif yang sepenuhnya berbeda dibandingkan saat mereka masuk.

Kami mengajukan pertanyaan kompleks yang mungkin berada di luar ruang lingkup tradisional peneliti tetapi penting untuk menerjemahkan inovasi akademik menjadi hasil yang sukses.

Nena Golubovic – Director of the Design for Impact program in Sciences and Engineering

Ini tampaknya berhasil, dengan teknologi beralih dari “prototipe kecil di kolam renang anak-anak” ke pengujian produk siap komersialisasi di fasilitas produksi mineral di Amerika Selatan dalam waktu kurang dari 2 tahun.

“Princeton menyediakan fondasi, ekosistem, dan sumber daya yang telah mengajarkan kami keterampilan dan pengetahuan yang kami butuhkan untuk berhasil sebagai bisnis kecil.”

Sean Zheng – Princeton Critical Minerals’ CEO (formerly PureLi)

Meningkatkan Efisiensi

Sementara prototipe sebelumnya menggunakan kayu sebagai material pembawa air, para peneliti menciptakan kristalisator serat selulosa berpilin. Ini memungkinkan tidak hanya penguapan air yang cepat tetapi juga kristalisasi terpisah secara spasial untuk pemulihan litium selektif.

Mereka juga menggunakan lapisan kepemilikan untuk material berbasis karbon kami, memungkinkan penguapan cepat, pemisahan mineral, dan sifat anti-penumpukan.

Startup Princeton Critical Minerals menguji prototipe pertamanya di kolam penguapan litium nyata milik SQM, berbentuk seperti teratai buatan yang mengapung di permukaan air.

Source: ResearchGate

Saat diamati dengan kamera termal, terlihat jelas bahwa permukaan air jauh lebih panas, terutama pada zona khusus teratai buatan. Desain ini terbukti mampu mengubah 96% energi surya menjadi energi termal, dibandingkan dengan efisiensi 50% pada kolam terbuka.

Source: ResearchGate

Secara keseluruhan, ini secara radikal meningkatkan laju penguapan, yang rata-rata berlipat ganda (peningkatan 40–122% tergantung pada konsentrasi brine). Ini juga secara kuat mengurangi kehilangan air ke dasar kolam, karena proses terjadi jauh lebih cepat.

Source: ResearchGate

Penelitian Lebih Lanjut

Data kamera termal membuktikan bahwa cara utama teratai buatan bekerja adalah dengan menjaga panas matahari di permukaan kolam, tempat penguapan terjadi, bukan di dasar kolam, di mana panas hilang.

Karena suhu memengaruhi kelarutan mineral, mungkin penyesuaian lebih lanjut suhu pada permukaan teratai buatan dapat meningkatkan produksi litium lebih jauh.

“Pertanyaan-pertanyaan ini hanya muncul setelah kami melihat hasil uji lapangan. Jika kami tetap menjaga pekerjaan kami di laboratorium, arah baru ini mungkin tidak pernah muncul.”

Z. Jason Ren – Professor of civil and environmental engineering

Langkah selanjutnya adalah memulai produksi massal teratai buatan dan mengeksplorasi ekonomi perangkat tersebut, serta model bisnis jangka panjang yang potensial untuk Princeton Critical Minerals.

Perusahaan Penguapan Litium

Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

SQM adalah perusahaan penambangan litium terbesar kedua di dunia, dengan asetnya di Chili dan litium mewakili sebagian besar bisnis perusahaan. Ini juga merupakan pemimpin pasar dalam produksi kalium nitrat alami dan menjual bahan kimia khusus seperti iodin, kalium klorida, asam borat, dan magnesium klorida.

Source: SQM

Pada April 2023, perusahaan harus menghadapi langkah Chili yang mengancam nasionalisasi parsial industri litium negara tersebut. Setelah kejutan awal, detail lebih lanjut tentang rencana tersebut menjelaskan bahwa negara masih berniat menarik investasi asing swasta.

Secara lebih spesifik, perusahaan litium nasional Coldeco sedang merundingkan kembali kontrak dengan SQM, dan deposit litium lainnya akan ditawarkan untuk dieksploitasi. Kontrak yang ada tetap akan dihormati dan berjalan hingga 2030.

Karena negosiasi masih berlangsung, sangat sedikit informasi yang tersedia, dan sulit memprediksi masa depan jangka panjang SQM. Namun, Chili adalah negara yang sangat bergantung pada pertambangan untuk ekonominya, dan reaksi awal terhadap rencana nasionalisasi, yang memengaruhi tidak hanya kepercayaan pada litium tetapi pada seluruh pertambangan, telah memaksa pemerintah membatasi ambisinya (untuk saat ini?).

Ancaman nasionalisasi diikuti oleh penurunan berkelanjutan harga litium internasional, yang menyebabkan penurunan harga saham perusahaan, turun dari puncaknya pada akhir 2022.

Source: Carbon Credit

Litium mengalami pertumbuhan volume penjualan (+13%), harga jual rata-rata tahunan secara signifikan lebih rendah (-41%) pada 4Q2024 vs 4Q2023

Sebagai hasil dari harga litium yang rendah, perusahaan memperoleh pendapatan jauh lebih banyak pada 2024, secara proporsional, dari produk lain dibandingkan sebelumnya, dengan iodin menyumbang 39% dari laba kotor.

Source: SQM

Hal ini dapat dilihat sebagai mencerminkan risiko nyata perusahaan atau sebagai peluang untuk menarik investor yang bersedia mengambil risiko dan memperoleh hasil dividen yang solid.

Seperti pada semua investasi litium, investor akan ingin familiar dengan lanskap EV (permintaan dan potensi kimia inovatif seperti baterai natrium-ion, yang tidak menggunakan litium) dan mengharapkan volatilitas tinggi harga litium tetap berlanjut dalam waktu dekat, meskipun lebih banyak risiko penurunan tampaknya sudah tercermin dalam harga.

(Anda dapat membaca lebih lanjut tentang litium dan baterai dalam artikel kami “Is Lithium Demand Set to Plummet with New Sodium-Ion Batteries?”, “Does Arkansas Hold the Answer to Our Lithium Needs?” and “Investing in Nobel Prize Achievements: Lithium-Ion Batteries To Power The World”.)

Terbaru tentang Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

^{Studi yang Dirujuk:}

^{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}