Raccolta Sostenibile del Litio – Rivoluzionare le Catene di Fornitura dei Veicoli Elettrici

Guidati dagli sforzi globali di decarbonizzazione, la crescita dei veicoli elettrici (EV) è prevista continuare a un ritmo rapido, rappresentando più della metà delle vendite mondiali di veicoli entro dieci anni. 

Questa diffusa elettrificazione del settore dei trasporti, che rappresenta circa il 20% delle emissioni globali di anidride carbonica (CO2) a causa della sua forte dipendenza dai combustibili fossili, contribuirà a ridurre significativamente le emissioni complessive di gas serra (GHG).

Tuttavia, questa rapida transizione verso gli EV comporta un problema importante — una forte pressione sulla catena di approvvigionamento degli elementi critici utilizzati nelle batterie degli EV.

Tra le batterie degli EV, le batterie agli ioni di litio sono le più diffuse grazie al loro basso costo e all’energia densità senza pari, e si prevede che rimarranno la chimica dominante delle batterie. Ciò significa che il litio (Li), in particolare, continuerà a essere un componente essenziale.

Il metallo alcalino morbido, di colore bianco-argenteo, che è il più leggero di tutti gli elementi solidi e reagisce vigorosamente con l’acqua, è utilizzato in quantità consistenti in un singolo pacco batteria EV.

Quindi, naturalmente, la domanda di litio dovrebbe crescere esponenzialmente nel prossimo decennio, al punto da superare di gran lunga ciò che può essere ottenuto mediante l’estrazione di minerali di litio o l’estrazione da salamoie ricche di litio entro il 2030.

Il Problema della Catena di Fornitura dell’Elemento Critico della Batteria

La domanda di batterie agli ioni di litio è prevista superare un terawattora (TWh) quest’anno, un aumento drammatico rispetto ai 74 gigawattora (GWh) di dieci anni fa, secondo il Database di Batterie agli Ioni di Litio di Benchmark.

Questa crescente domanda di batterie agli ioni di litio, che è centrale per la crescita dell’industria automobilistica e la transizione energetica, ha spinto i paesi a cercare di sviluppare le proprie catene di fornitura domestiche.

Mentre la Cina domina l’industria, la concorrenza si intensifica, con gli Stati Uniti che mirano a ottenere il controllo nella tecnologia EV e delle batterie. Entrambi i paesi stanno imponendo restrizioni commerciali per proteggere le loro industrie e emergere al vertice.

A gennaio di quest’anno, la Cina ha suggerito di limitare le tecnologie di estrazione e raffinazione del litio per ottenere un maggiore controllo sulla catena di fornitura globale del litio. La Cina, che ospita anche i principali produttori mondiali di batterie al litio, con CATL che detiene la quota di mercato più grande al 35%, seguita da BYD, è diventata il secondo più grande detentore a livello mondiale, con il 16,5% del totale globale, poiché le sue riserve di litio sono triplicate.

Bolivia, Cile e Argentina sono gli altri principali detentori di riserve di litio, con nuovi produttori di litio come l’Arabia Saudita che si uniscono investendo pesantemente in progetti di litio.

Gli Stati Uniti sono anche tra i principali paesi con riserve significative di litio. Tuttavia, nonostante ciò, la loro produzione è relativamente piccola — meno del 2% del totale mondiale. E quasi tutto questo litio proviene dallo stabilimento Silver Peak di Albemarle. Pertanto, l’ordine “Unleashing American Energy” mira a semplificare i permessi per l’estrazione e rafforzare le capacità domestiche.

Qualche mese fa, un alto funzionario statunitense ha accusato i produttori cinesi di litio di eliminare i progetti concorrenti inondando il mercato globale con il metallo critico e causando un calo di prezzo “predatorio”.

I prezzi del litio sono diminuiti di oltre l’80% nell’ultimo anno, principalmente a causa della sovrapproduzione della Cina. Secondo Jose Fernandez, allora Sottosegretario di Stato per la Crescita Economica, l’Energia e l’Ambiente:

“Attuano una politica di prezzi predatori… (loro) abbassano il prezzo finché la concorrenza scompare. È quello che sta accadendo.”

La Cina, ha aggiunto, stava producendo molto più litio “di quanto il mondo necessiti oggi, di gran lunga”. Questo ha portato a prezzi bassi, che Fernandez ha detto “limitano la nostra capacità di diversificare le catene di approvvigionamento su larga scala globale”.

Man mano che la concorrenza si intensifica e la volatilità dei prezzi minaccia le catene di approvvigionamento globali, c’è una spinta urgente verso metodi di estrazione alternativi per garantire una fornitura di litio stabile e sostenibile.

Affrontare il Divario Domanda-Offerta di Litio

Affrontare efficacemente il divario di approvvigionamento di litio richiede il passaggio da metodi convenzionali a fonti acquose non convenzionali. Ciò include l’estrazione del litio da salamoie geotermiche, acque reflue industriali, acqua prodotta da petrolio e gas e acque sotterranee.

Tradizionalmente, questo tipo di estrazione prevede una pre-concentrazione tramite evaporazione solare, seguita da una serie di passaggi di purificazione e precipitazione basati su processi chimici.

Di conseguenza, l’estrazione del litio è limitata a regioni con terreni aridi e vasti. Inoltre, comporta tempi di lavorazione lunghi e ha impatti ambientali negativi, e nonostante tutto, presenta ancora bassi tassi di recupero del litio.

Ecco perché le tecnologie di estrazione diretta del litio (DLE) sono diventate il punto focale, poiché possono superare le limitazioni legate al tempo e all’uso del territorio. Queste tecnologie possono anche ottenere litio ad alta purezza senza richiedere passaggi di post-trattamento chimico.

Qui, le resine a scambio ionico e gli adsorbenti, in particolare, sono ampiamente studiati per l’estrazione del litio, ma queste tecniche richiedono ancora una pre-concentrazione parziale del litio a causa della loro limitata selettività per il litio e necessitano di grandi volumi di acqua dolce o sostanze chimiche per la rigenerazione.

L’intercalazione elettrochimica del litio, al contrario, mostra una notevole selettività per il litio, ma questi approcci soffrono di durata degli elettrodi gravemente limitata e richiedono rigenerazioni periodiche.

Tuttavia, le membrane altamente selettive hanno il potenziale di superare queste limitazioni fornendo un recupero continuo e sostenibile del litio. Questo metodo facilita il trasporto preferenziale del litio rispetto agli ioni concorrenti.

Per quanto riguarda questa tecnica, la ricerca su materiali di membrana che offrano alta selettività per il litio contro sia ioni divalenti che monovalenti comunemente concorrenti continua a essere cruciale.

Più recentemente, ricercatori del laboratorio Elimelech presso la Rice University hanno raggiunto una grande svolta in questo campo, riutilizzando gli elettroliti allo stato solido (SSE) come materiali di membrana per l’estrazione acquosa del litio.

Gli SSE sono un argomento ampiamente studiato nella comunità delle batterie, ma non come materiale di membrana per separazioni ioniche acquose. Lo sviluppo degli SSE è stato l’area di focus nel campo delle batterie a causa delle preoccupazioni di sicurezza legate alla infiammabilità degli elettroliti liquidi comunemente usati.

Gli elettroliti allo stato solido (SSE) offrono effettivamente alternative promettenti agli elettroliti liquidi tradizionali nelle batterie, offrendo una maggiore sicurezza e il potenziale per una densità energetica più elevata. Gli SSE sono materiali solidi che consentono il trasporto di ioni, come gli ioni di litio, tra gli elettrodi di una batteria.

Oltre a offrire una maggiore sicurezza grazie alla loro non infiammabilità, gli SSE sono anche più durevoli, ma affrontano sfide come una minore conduttività ionica e instabilità interfaciale.

Per quanto riguarda l’applicazione potenziale degli SSE come materiali di membrana per l’estrazione selettiva di ioni di litio dall’acqua di mare, alcuni studi hanno dimostrato il loro possibile utilizzo, ma la valutazione fondamentale e la comprensione del trasporto negli SSE non sono state ancora esplorate.

Quindi, lo studio più recente valuta l’uso di un SSE conduttore di ioni Li come membrana per l’estrazione acquosa del litio, investigando i fondamenti del trasporto di ioni e acqua nell’SSE e valutando la sua selettività ionica contro i cationi comunemente concorrenti nelle salamoie di litio.

I risultati dello studio indicano una “selettività del litio praticamente perfetta”. Ha anche scoperto una relazione importante — sebbene impenetrabili, la presenza di cationi concorrenti (un ione carico positivamente) influisce comunque negativamente sul flusso di ioni di litio.

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Spianare la Via per Catene di Fornitura Sostenibili di Batterie EV

Pubblicato su Science Advances, lo studio descrive lo sviluppo del metodo di estrazione efficiente del litio — una membrana di elettrolita allo stato solido altamente selettiva che rivoluziona la raccolta del litio con una selettività quasi perfetta, migliorando così la sostenibilità nelle catene di fornitura delle batterie EV.​

Il team di ricerca ha scoperto che la struttura altamente ordinata e confinata degli SSE, originariamente progettata per la conduzione rapida di ioni di litio nelle batterie allo stato solido, è in grado di ottenere una separazione senza precedenti sia di ioni che di acqua nei miscele acquose.

Questo rappresenta una potenziale svolta nel recupero sostenibile delle risorse che può aiutare a ridurre la dipendenza dalle tecniche tradizionali. Secondo l’autore corrispondente Menachem Elimelech, Nancy e Clint Carlson, professori di Ingegneria Civile e Ambientale:

“La sfida non riguarda solo l’aumento della produzione di litio, ma farlo in modo sostenibile ed economicamente fattibile.”

La nuova tecnica sviluppata dal team di ricerca dipende da una differenza fondamentale tra le membrane nanopore tradizionali e gli SSE.

La differenza è che le membrane convenzionali si basano su pori nanoscalari idratati per trasportare gli ioni, mentre gli SSE spostano gli ioni Li usando un meccanismo di salto anidro all’interno di una rete cristallina altamente ordinata.

“Ciò significa che gli ioni di litio possono migrare attraverso la membrana mentre gli altri ioni concorrenti, e persino l’acqua, sono efficacemente bloccati. L’estrema selettività offerta dal nostro approccio basato su SSE lo rende un metodo altamente efficiente per la raccolta del litio, poiché l’energia è spesa solo per spostare gli ioni di litio desiderati attraverso la membrana.”

– Primo autore Sohum Patel, attualmente ricercatore postdoc al Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Per testare questo fenomeno, il team ha utilizzato un impianto di elettrodialisi, dove l’elettricità è usata per spingere gli ioni Li attraverso la membrana. 

Il risultato dell’esperimento ha mostrato che anche quando la concentrazione di ioni concorrenti era alta, l’SSE ha continuato a mostrare una selettività del litio quasi perfetta senza ioni concorrenti discernibili. Questo è qualcosa che le tecnologie di membrana tradizionali non sono state in grado di raggiungere.

Ora, per rispondere alla domanda del perché gli SSE dimostrino una tale eccezionale selettività per gli ioni Li, il team ha utilizzato una combinazione di tecniche computazionali ed esperimenti per indagare, il che ha indicato la rete cristallina rigida e densamente impacchettata dell’SSE. Questa struttura impedisce non solo alle molecole d’acqua di penetrare la membrana, ma anche a quelle più grandi come gli ioni sodio e magnesio.

“La rete agisce come un setaccio molecolare, consentendo il passaggio solo agli ioni di litio. Questa combinazione di dimensione e esclusione di carica altamente precise è ciò che rende la membrana SSE così unica.”

– Elimelec

Mentre gli ioni concorrenti non sono passati attraverso l’SSE, i ricercatori hanno notato che la loro presenza ha ridotto il flusso di litio, sebbene fosse ancora comparabile a quello osservato in materiali di membrana significativamente meno selettivi. I ricercatori credono che questa sfida, causata dal blocco dei siti superficiali disponibili per lo scambio ionico, possa essere affrontata attraverso ulteriori ingegnerizzazioni dei materiali.

Inoltre, è necessario un ulteriore lavoro per dimostrare l’efficacia dell’SSE quando applicato a acque sorgenti sempre più complesse e saline.

Nel complesso, lo studio evidenzia “l’applicazione altamente promettente degli SSE al recupero del litio”.

Secondo i ricercatori, questo metodo appena sviluppato può aiutare a garantire una fornitura stabile di litio per una vasta gamma di settori, tra cui quello automobilistico, elettronico e delle energie rinnovabili.

Non solo le membrane basate su SSE possono aiutare a affrontare le carenze di litio imminenti, ma possono farlo in modo sostenibile e senza influire negativamente sull’ambiente come l’estrazione tradizionale. Secondo Patel:

“Integrando gli SSE nei sistemi di elettrodialisi, potremmo consentire l’estrazione diretta del litio da una gamma di fonti acquose, riducendo la necessità di grandi stagni di evaporazione e di passaggi di purificazione intensivi chimicamente. Ciò potrebbe ridurre significativamente l’impronta ambientale della produzione di litio rendendo il processo più efficiente.”

Il metodo, che potrebbe anche ridurre i costi associati alla produzione di litio, potrebbe vedere una possibile adozione industriale entro 5-8 anni. I ricercatori si aspettano che i materiali SSE siano “in prima linea nelle tecnologie DLE” in futuro.

In aggiunta, lo studio prevede applicazioni più ampie per gli SSE nelle separazioni ion-selective oltre al litio.

Come ha osservato Elimelech, i meccanismi di selettività ionica negli elettroliti allo stato solido (SSE) possono ispirare lo sviluppo di membrane simili per l’estrazione di altri elementi critici dalle fonti d’acqua, aprendo la strada a “una nuova classe di materiali di membrana per il recupero delle risorse”.

Azienda Innovativa

Albemarle Corporation

Ora, se osserviamo un’azienda investibile di spicco in questo settore, Albemarle Corporation (ALB ) si distingue per essere un leader globale nella produzione di litio, che sta investendo in tecnologie di estrazione sostenibili.

L’azienda gestisce miniere in Australia, Cile e negli Stati Uniti. Le sue risorse di litio, che Albemarle definisce “tra le più grandi e di più alta qualità al mondo”, comprendono depositi di roccia dura e salamoie ipersaline.

Albemarle, tuttavia, sta affrontando sfide, che l’hanno spinta lo scorso estate a sospendere un impianto di lavorazione del litio per EV da 1,3 miliardi di dollari in South Carolina, USA. All’incirca nello stesso periodo, ha interrotto l’espansione di uno stabilimento di produzione in Australia, dove produce idrossido di litio di grado batteria per gli EV, a causa dei prezzi deboli del litio. La notizia è arrivata solo circa un anno dopo che Albemarle aveva condiviso il suo piano di raddoppiare la produzione, con una grande parte della perdita di oltre 1 miliardo di dollari nel Q3 2024 attribuita all’espansione fallita di questo progetto.

Il calo dei prezzi nel mercato del litio continua a causa della forte produzione in Cile, delle tariffe dell’amministrazione Trump e di un rallentamento della domanda dopo le vacanze del Capodanno lunare in Cina. Di conseguenza, Albemarle ha dovuto cancellare non solo i progetti di espansione ma anche ridurre il personale. 

Ora, Albemarle Corporation opera principalmente attraverso tre divisioni principali — Energy Storage, Specialties e Ketjen. 

La divisione Energy Storage produce cloruro di litio, idrossido di litio e carbonato di litio. Il segmento Specialties ottimizza soluzioni di litio e bromo altamente specializzate e serve le industrie della mobilità, energia, connettività e salute. L’obiettivo di Ketjen è su soluzioni di catalizzatori ad alte prestazioni (PCS), tecnologie di carburanti puliti (CFT) e catalizzatori e additivi per il cracking catalitico fluidizzato (FCC) che servono i mercati aerospaziale, automobilistico, dell’energia convenzionale, dello stoccaggio di rete e altri.

Con una capitalizzazione di mercato di 8,78 miliardi di dollari, le azioni Albemarle attualmente scambiano a 74,82 $, in calo del 12,28% YTD. L’azienda ha un EPS (TTM) di -11,19 e un P/E (TTM) di -6,74, mentre il rendimento del dividendo pagato è del 2,15%. Il 27 febbraio, l’azienda ha dichiarato un dividendo trimestrale su azioni ordinarie di 0,405 $ per azione, pagabile il 1 aprile.

Per quanto riguarda i suoi dati finanziari, per il Q4 2024, Albemarle ha riportato vendite nette di 1,2 miliardi di dollari mentre l’utile netto è stato di 75 milioni di dollari o 0,29 $ per azione diluita, e la perdita diluita rettificata per azione è stata di (1,09 $).

Le vendite nette hanno registrato un calo del 48% rispetto al trimestre dell’anno precedente di 2,4 miliardi di dollari, che l’azienda ha attribuito a prezzi più bassi e volumi ridotti nella divisione Energy Storage. Le vendite nette per le diverse divisioni sono state le seguenti — 617 milioni di dollari in Energy Storage, 333 milioni in Specialties e 282 milioni in Ketjen.

Durante il Q4, Albemarle ha anche riportato di aver raggiunto una produzione record negli impianti di conversione del litio Meishan e La Negra. Tuttavia, sta pianificando di mettere il suo sito a Chengdu, Cina, in manutenzione entro la metà di quest’anno.

Per l’intero anno, l’azienda ha riportato vendite nette di 5,4 miliardi di dollari e una perdita netta di 1,2 miliardi di dollari, mentre il flusso di cassa operativo è stato di 702 milioni di dollari. Al 31 dicembre 2024, Albemarle disponeva di circa 2,8 miliardi di dollari in liquidità, inclusi 1,2 miliardi di contanti e equivalenti. Il suo debito totale, nel frattempo, era di 3,5 miliardi di dollari.

“Stiamo prendendo azioni decisive per ridurre i costi, ottimizzare la nostra rete di conversione e aumentare l’efficienza per preservare la nostra posizione competitiva a lungo termine. Guardando al futuro, ci aspettiamo che le condizioni di mercato dinamiche persistano ma rimaniamo fiduciosi nella nostra capacità di fornire valore agli stakeholder aumentando la nostra flessibilità finanziaria, rafforzando le nostre capacità fondamentali e posizionando Albemarle per la crescita futura.”

– CEO Kent Masters

Per il 2025, l’azienda prevede che la spesa in conto capitale sarà compresa tra 700 milioni e 800 milioni di dollari, il 50% in meno rispetto ai 1,7 miliardi del 2024. Questa spesa, ha osservato Albemarle, riflette una priorità nel mantenere gli asset e le risorse esistenti.

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Conclusione 

Nel mondo ipermobile di oggi, i veicoli elettrici sono emersi come una soluzione al problema della sostenibilità. Gli EV offrono un modo per ridurre le emissioni di carbonio e diminuire la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Al centro di questa rivoluzione c’è la tecnologia delle batterie, che sta aiutando gli EV a rimodellare il futuro dei trasporti.

Un componente chiave di queste batterie è il litio, che è fondamentale per alimentare non solo gli EV ma anche molti dispositivi moderni e sistemi di accumulo energetico. Data l’importanza del litio nella transizione verso l’energia pulita, il mondo sta correndo per garantire una fornitura stabile di litio.

I metodi convenzionali di estrazione del litio, sebbene efficaci, sono limitati da preoccupazioni ambientali, estrazione intensiva di risorse e lunghi tempi di lavorazione. Qui, innovazioni come l’uso di membrane a elettrolita allo stato solido (SSE) presentano una soluzione trasformativa, poiché consentire una raccolta sostenibile ed efficiente del litio può non solo alleviare i problemi imminenti della catena di approvvigionamento ma anche ridefinire il futuro della produzione di batterie.

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