L’Arkansas ha la risposta alle nostre esigenze di litio?

L’importanza dell’approvvigionamento di litio

Il litio è diventato una materia prima importante soprattutto per le batterie dei veicoli elettrici e per alcuni sistemi di accumulo. La domanda può crescere con l’elettrificazione, ma il suo andamento fino al 2030 è una previsione, non una crescita esponenziale garantita. Il valore di 1.189.000 tonnellate equivalenti di carbonato di litio, LCE, citato nell’originale è una stima riferita alla fonte e al periodo del grafico, non una quantità di litio metallico.

Fonte: Statista

Le chimiche delle batterie possono cambiare. Il litio potrebbe restare importante, ad esempio nelle batterie allo stato solido con anodo di litio metallico, ma la loro adozione commerciale e le quote future non sono certe.

I prezzi del litio sono volatili e risentono di domanda, offerta, scorte e aspettative. Fasi di forte rialzo possono essere seguite da cali.

Fonte: Carbon Credit

La sicurezza delle forniture è quindi rilevante per produttori di batterie, case automobilistiche e altri utilizzatori.

La Cina ha un ruolo centrale nella produzione di batterie e nella raffinazione del litio. L’estrazione comprende importanti attività in Australia, Cile, Cina e Argentina. Il cosiddetto triangolo del litio comprende anche la Bolivia per le sue risorse, ma ciò non significa che i tre paesi abbiano lo stesso livello di produzione commerciale.

Fonte: Progress in Natural Science

Il Nord America possiede risorse rilevanti, ma risorse geologiche e produzione disponibile non coincidono. Uno studio dello US Geological Survey e dell’Arkansas Department of Energy and Environment ha stimato il litio nelle salamoie della Formazione Smackover. È stato pubblicato su Science Advances con il titolo «Valutazione della risorsa di litio nelle salamoie della Formazione Smackover dell’Arkansas meridionale mediante apprendimento automatico¹».

Un nuovo triangolo del litio?

Il triangolo sudamericano del litio è una regione tra Cile, Argentina e Bolivia ricca di salamoie. La presenza di una grande risorsa non dimostra automaticamente la sua estraibilità economica.

Anche la Formazione Smackover, che si estende nell’area di Arkansas, Texas e Louisiana, contiene salamoie con litio. Lo studio citato riguarda specificamente l’Arkansas meridionale.

Fonte: Science Advances

La stima è molto ampia e rilevante, ma non equivale a raddoppiare immediatamente le riserve economicamente recuperabili degli Stati Uniti.

Gli autori hanno calcolato tra 5,1 e 19 milioni di tonnellate di litio presente nelle salamoie dell’Arkansas meridionale, pari al 35–136% della stima delle risorse statunitensi usata nello studio. Non è una stima della quantità tecnicamente ed economicamente estraibile.

Come è stata trovata?

Era già nota la presenza di bromo e litio nelle salamoie associate ai giacimenti dell’area. Le misure disponibili variavano molto, da 0,08 a 1.700 mg/litro, e descrivevano soprattutto i punti di campionamento.

I ricercatori hanno combinato misure e informazioni geologiche mediante apprendimento automatico. Le precedenti esplorazioni petrolifere e del gas fornivano una base di dati sul sottosuolo.

Il modello è stato addestrato con concentrazioni pubblicate e nuovi campioni, insieme a variabili geologiche, geochimiche e di temperatura, per produrre una mappa continua delle concentrazioni previste.

L’analisi ha quantificato il potenziale della Formazione Smackover nell’area studiata; non era una scoperta casuale di un singolo sito sconosciuto tra molti altri.

Fonte: Science Advances

Prevedere il contenuto di litio

Tra le variabili utili per prevedere la concentrazione di litio figuravano:

• Concentrazioni di idrogeno solforato (H2S) disciolto.
• Profondità del campione di salamoia
• Altitudine della parte superiore della Formazione Smackover
• Spessore della Formazione Smackover

Fonte: Science Advances

Gli scenari del modello combinavano diverse concentrazioni e volumi di salamoia. Le quantità rappresentative erano:

• 5,1 milioni di tonnellate nello scenario basso.
• Circa 11 milioni di tonnellate nello scenario intermedio.
• 19 milioni di tonnellate nello scenario alto. I valori di 1 e 11 milioni per gli estremi nell’originale erano errori.

Fonte: Science Advances

Litio come sottoprodotto

Alcune salamoie vengono già portate in superficie per produrre bromo o come fluido associato all’estrazione di petrolio e gas.

Lo studio stima che nel solo 2022 questi flussi abbiano portato in superficie circa 5.000 tonnellate di litio disciolto, meno dello 0,1% della risorsa stimata. Non significa che quel litio sia stato recuperato e venduto.

La quantità è piccola rispetto al totale stimato, ma confrontabile con il consumo statunitense del 2022. Illustra il potenziale, non una produzione già disponibile.

Anche imprese petrolifere stanno valutando l’uso delle proprie competenze di perforazione, fra cui Exxon con progetti per estrarre litio dalle salamoie.

Estrazione Diretta del Litio (DLE)

Una nuova terza tecnologia di estrazione del litio

Oggi il litio viene prodotto principalmente utilizzando due diversi metodi.

Un metodo parte da minerali come lo spodumene, estratti e poi concentrati e trattati chimicamente. È una via importante in Australia.

Un altro usa l’evaporazione delle salamoie in grandi bacini. Costi, consumi idrici, recupero del litio e impatti ambientali dipendono dal giacimento e dal processo. Il recupero del 50% citato nell’originale non è un valore universale.

Un insieme di metodi alternativi è indicato come estrazione diretta del litio, DLE. Alcune forme sono già utilizzate commercialmente; altre sono in sviluppo.

Separazione selettiva

La DLE mira a separare selettivamente gli ioni di litio dalla salamoia, riducendo in alcuni casi la necessità di grandi bacini evaporativi. Sono possibili diversi approcci:

• Adsorbimento: il litio viene trattenuto selettivamente sulla superficie di un materiale.
• Scambio ionico: il litio viene scambiato con altri cationi, cioè ioni positivi.
• Estrazione con solvente: il litio viene trasferito selettivamente dalla salamoia a una fase organica mediante appositi reagenti.

Fonte: Lithium Harvest

Le salamoie dei giacimenti petroliferi possono essere una fonte di litio. A seconda della tecnologia e delle condizioni locali, la DLE può richiedere meno superficie dell’evaporazione. Ciò non elimina i consumi di acqua ed energia né la gestione dei fluidi residui. Lo studio tratta questo potenziale in «Valutazione della risorsa di litio nelle salamoie della Formazione Smackover dell’Arkansas meridionale mediante apprendimento automatico”.

Nanofiltrazione del litio

Un altro studio, con ricercatori della Monash University, è stato pubblicato su Nature Sustainability con il titolo «Estrazione sostenibile del litio e coproduzione di idrossido di magnesio dalle salamoie dei laghi salati”.

Il metodo usa nanofiltrazione con membrane a bassa selettività assistita da EDTA, EALNF, per separare litio e magnesio. Il magnesio può essere recuperato come idrossido: è una coproduzione di due materiali distinti, non la loro estrazione indistinta nello stesso prodotto.

Nelle condizioni studiate sono stati riportati rigetto del Mg²⁺ del 99,85%, elevato flusso di Li⁺ e una forte separazione tra litio e magnesio. I risultati di processo non dimostrano già una diffusione commerciale su larga scala.

Il magnesio presente nelle salamoie può complicare la separazione selettiva del litio. Una tecnologia efficace potrebbe rendere interessanti risorse più difficili da trattare.

La comunicazione della Monash indica circa il 90% di recupero del litio e una riduzione dei tempi rispetto ai processi evaporativi di confronto. Queste prestazioni si riferiscono al metodo e alle condizioni studiati, non a qualsiasi salamoia.

Il processo può anche recuperare acqua, invece di limitarsi a farla evaporare. La comunicazione descrive acqua dolce come coprodotto. Il bilancio idrico complessivo deve comunque includere tutti i passaggi; non significa che l’intero impianto non consumi acqua.

Investire in litio e tecnologia delle batterie

Le batterie agli ioni di litio hanno reso possibili molti dispositivi portatili e contribuito alla diffusione dei veicoli elettrici.

Batterie più economiche o con maggiore densità energetica possono ampliare gli usi nell’accumulo e in alcuni trasporti. Una rete interamente rinnovabile o l’elettrificazione dell’aviazione non dipendono però da un solo miglioramento delle batterie.

Le società legate alle batterie possono essere accessibili tramite diversi intermediari. Su securities.io sono disponibili articoli sui broker per gli Stati Uniti, il Canada, l’Australia, il Regno Unito, e altri paesi.

Chi vuole informarsi su un’esposizione di settore più ampia può anche esaminare ETF su batterie e materiali, non ETF biotecnologici, come Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), il Lithium & Battery Tech ETF (LIT) o il WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ). Composizione, costi e rischi differiscono: la diversificazione non assicura guadagni.

È disponibile anche il nostro articolo «Dieci titoli minerari legati ai metalli per batterie e alle energie rinnovabili”.

Azienda di Estrazione Diretta del Litio

Rio Tinto (RIO ) è un grande gruppo minerario, con attività in ferro, rame, alluminio e altre materie prime. La posizione in classifica dipende dalla misura utilizzata e dalla data.

Tra i grandi progetti del gruppo figurano Simandou, in Guinea, per il minerale di ferro e Oyu Tolgoi, importante progetto di rame in Mongolia.

Il contributo indicato nell’originale, pari al 25% della crescita dell’offerta mondiale di rame nei successivi cinque anni, è una previsione con uno specifico periodo di riferimento, non un risultato garantito.

Nell’ottobre 2024 Rio Tinto ha annunciato un accordo per acquisire Arcadium Lithium. L’operazione non era già completata nel contesto storico di questo articolo. Arcadium era nata il 4 gennaio 2024 dalla fusione di Allkem e Livent, annunciata nel 2023. L’acquisizione avrebbe ampliato sensibilmente la presenza del gruppo nel litio.

Fonte: Arcadium

La fusione aveva riunito attività in più fasi della produzione e lavorazione del litio. I piani di espansione di Arcadium per oltre raddoppiare la capacità entro il 2028 erano proiezioni aziendali, dipendenti da investimenti e condizioni di mercato.

Innovazioni Arcadium

DLE

Una delle tecnologie considerate strategiche nell’operazione annunciata era la DLE di Arcadium. L’espressione “vero premio per Rio Tinto” era una valutazione degli osservatori, non un dato tecnico.L’esperienza delle attività confluite in Arcadium nella DLE risale al 1996, in combinazione con bacini di evaporazione. L’impiego di tecnologie che riducono tale dipendenza richiede una verifica specifica per ogni progetto.

Inoltre, Livent aveva investito nel 2023 nella società madre di ILiAD Technologies, acquisendo una partecipazione di minoranza. Non aveva acquistato l’intera ILiAD.

ILiAD descrive la propria piattaforma come una combinazione di adsorbente selettivo per il litio e processo continuo a letto controcorrente. Le dichiarazioni sulle prestazioni e sulla leadership degli utilizzatori sono affermazioni aziendali, da distinguere da una comparazione indipendente.

L’esperienza di Arcadium e le possibilità della DLE possono aver contribuito all’interesse di Rio Tinto. Non è però dimostrato che siano state l’unica ragione dell’accordo; contavano anche attività, crescita prevista e condizioni del mercato del litio.

Formulazioni di litio stampabili

Arcadium ha sviluppato LIOVIX, una formulazione di litio metallico stampabile utilizzabile, tra l’altro, per la prelithiazione. Non è semplicemente un foglio di litio già formato. I possibili benefici su prestazioni, costi e uso di materiale dipendono dall’applicazione.

Fonte: Arcadium

Profilo verde di Rio Tinto

L’acquisizione annunciata avrebbe ampliato le attività di Rio Tinto nel litio, insieme ad altre tecnologie del gruppo, come la tecnologia di estrazione del rame di Nuton. Il recupero ottenibile dipende dal minerale e dalle condizioni operative.

Una parte della produzione di alluminio di Rio Tinto ha un’intensità di carbonio relativamente bassa grazie all’elettricità idroelettrica utilizzata nella fusione. Non tutta la raffinazione della bauxite in allumina è per questo alimentata esclusivamente da idroelettrico o priva di emissioni.

Il gruppo aveva investito anche in altri progetti di litio, tra cui Rincon in Argentina e il controverso progetto di litio Jadar in Serbia, un progetto rilevante ma soggetto a controversie, autorizzazioni e incertezze.

Questi progetti possono diversificare Rio Tinto oltre il minerale di ferro, soprattutto verso rame, alluminio a minore intensità di carbonio e litio. Non garantiscono un profilo complessivamente “verde”, la realizzazione di ogni progetto o una crescita certa dei ricavi.

Riferimento allo studio:

^{1. Knierim, K. J., et al. (2024). Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning. Science Advances, 10, Article adp8149. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8149}