Sfruttare le risorse geotermiche per soddisfare le nostre esigenze di litio

La caccia al litio

Con l’aumento dei veicoli elettrici, la domanda di batterie al litio è esplosa, così come la necessità di risorse di litio. Si prevede che questa domanda continuerà a crescere esponenzialmente, con solo la pendenza di questa curva in discussione, a seconda della velocità di adozione dei veicoli elettrici.

Source: Statista

Ciò ha causato problemi, poiché il litio è difficile da estrarre. In passato, ciò ha causato forti fluttuazioni dei prezzi, provocando fluttuazioni dei costi di input per i produttori di batterie e veicoli elettrici.

Source: Carbon Credit

Attualmente, il litio viene prodotto principalmente da rocce dure o da acque salate, entrambe richiedono molta energia o consumo di acqua.

Un’alternativa sarebbe produrre litio da acque geotermali, l’acqua trovata in depositi sotterranei. Tuttavia, ciò è stato difficile dal punto di vista tecnico.

Ciò potrebbe essere cambiato grazie al lavoro dei ricercatori dell’Università di Rice, che hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa pubblicazione PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) con il titolo “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine¹”.

Da dove proviene il litio?

Il litio costituisce solo lo 0,002% della crosta terrestre e raramente si trova in depositi concentrati che sono commercialmente viable.

Attualmente, la maggior parte delle batterie e del litio raffinato del mondo proviene dalla Cina. Il minerale stesso viene principalmente estratto nel “triangolo del litio” (Cile, Argentina, Bolivia), in Cina e in Australia.

Source: Progress in Natural Science

Ciò ha portato altri paesi a cercare fonti alternative, con le acque sotterranee (acqua salata) una buona candidata. Ad esempio, è stato recentemente scoperto che l’Arkansas potrebbe contenere più risorse di litio in acque sotterranee presenti accanto a giacimenti di petrolio e gas rispetto a tutte le riserve di litio precedentemente note negli Stati Uniti.

Queste acque sotterranee spesso contengono una concentrazione relativamente alta di litio. Il problema è come estrarre il litio da queste acque, poiché di solito contengono una miscela complessa di altri minerali.

Poiché queste acque sotterranee sono altamente concentrate, l’estrazione diretta del litio (DLE) sta essere considerata come un’alternativa alle grandi vasche di evaporazione utilizzate fino ad ora.

Source: Euronews

Estrazione diretta del litio

L’estrazione diretta del litio si concentra sugli atomi di litio attraverso un processo di estrazione selettiva. Ciò può essere ottenuto attraverso diversi metodi:

• Adsorbimento basato su DLE, dove il litio viene assorbito fisicamente da un materiale dedicato.
• Scambio ionico basato su DLE, dove il litio viene scambiato contro cationi (ioni positivi).
• Estrazione con solvente basata su DLE, dove un solvente organico liquido assorbe e dissolve il litio dall’acqua sotterranea.

Source: Lithium Harvest

Estrazione elettrochimica del litio

Un’altra opzione che non è stata molto esplorata è l’estrazione elettrochimica del litio. L’idea è di utilizzare una corrente elettrica potente per separare il litio dagli altri minerali nell’acqua sotterranea.

Come abbiamo detto, queste acque sotterranee contengono molti altri minerali con dimensioni ioniche e cariche simili, tra cui magnesio, calcio, sodio e potassio. Ciò rende difficile qualsiasi metodo basato solo sulle proprietà ioniche, poiché è necessario ripeterlo molte volte per selezionare completamente solo il litio.

L’alternativa potrebbe essere utilizzare la corrente elettrica invece, ma le acque sotterranee spesso contengono molti ioni cloruro che possono trasformarsi in gas cloro estremamente tossico durante i processi elettrochimici tradizionali per isolare il litio.

Il gas cloro, noto anche come alogeno, è stato utilizzato come gas da combattimento durante la prima guerra mondiale. Tuttavia, il problema della sua produzione durante l’estrazione elettrochimica del litio ha finora bloccato questa tecnologia dall’essere utilizzata commercialmente.

Utilizzo della tecnologia delle batterie per l’estrazione del litio

Paradossalmente, le innovazioni nella tecnologia delle batterie potrebbero aiutare a risolvere il problema dell’estrazione del litio per le stesse batterie. I ricercatori dell’Università di Rice hanno utilizzato una nuova tecnologia di vetro ceramico conduttivo al litio (LICGC), una tecnologia spesso utilizzata nelle batterie ma mai applicata prima all’elaborazione del litio. LICGC è un materiale elettrolita solido che è un buon candidato per la costruzione di batterie a stato solido.

La membrana è molto efficace nel far passare solo gli ioni di litio mentre trattiene gli ioni degli altri chimici.

Reattore elettrochimico a 3 camere

I reattori elettrochimici tradizionali per l’estrazione del litio sono progettati intorno a 2 camere: la prima contiene l’acqua sotterranea bersaglio, e la seconda contiene il litio estratto.

Aggiungendo la membrana LICGC nel mezzo, i ricercatori hanno creato una camera intermedia, dove solo il litio può passare attraverso la LICGC.

“Il nostro settore ha a lungo lottato con le inefficienze e gli impatti ambientali dell’estrazione del litio. Questo reattore è una testimonianza del potere di combinare la scienza fondamentale con l’ingegneria per risolvere problemi del mondo reale.”

Haotian Wang, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare di Rice.

Durante i test eseguiti dai ricercatori, il tasso di purezza del litio raggiunto è stato del 97,5%. Nel frattempo, le concentrazioni di Na+ K+, Mg2+ e Ca2+ erano così basse che sono scese al di sotto del limite di rilevamento degli strumenti dei ricercatori.

Ancor più importante, è particolarmente efficiente nel tenere lontani gli ioni cloruro, riducendo drasticamente la produzione di gas cloro. Invece di consumare molta energia e creare gas tossici, solo il 6,4% del potere totale ha reagito con gli ioni cloruro nel nuovo design.

Ci sono ancora alcuni problemi da risolvere

Durante i loro test, i ricercatori hanno notato un accumulo di ioni di sodio sulla membrana LICGC. Se non controllato, ciò potrebbe influire sull’efficienza del reattore nel tempo. Quindi, fino a quando ciò non sarà risolto, il reattore elettrochimico a 3 camere non sarà pronto per il dispiegamento su scala commerciale.

Una delle possibilità considerate per risolvere il problema sarebbe quella di pre-elaborare l’acqua sotterranea per ridurre il contenuto di sodio.

Un’altra possibilità sarebbe quella di trovare rivestimenti speciali per la membrana per impedire agli ioni di sodio di attaccarsi in primo luogo.

Investire in litio e tecnologia delle batterie

Le batterie al litio hanno già cambiato il mondo diverse volte, dalle batterie per dispositivi elettronici portatili alle auto elettriche.

Potrebbero farlo di nuovo, o altre tipologie di batterie, consentendo una rete di alimentazione completamente rinnovabile o l’elettrificazione degli aerei quando raggiungeranno una densità di energia sufficiente.

Puoi investire in aziende legate alle batterie attraverso molti broker e puoi trovare qui, su securities.io, le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, nonché in molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere aziende specifiche di litio o batterie, puoi anche considerare ETF biotecnologici come Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), o il WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, che offriranno un’esposizione più diversificata per capitalizzare l’industria del litio e delle batterie in crescita.

Oppure puoi consultare la nostra “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Azienda di estrazione diretta del litio

Rio Tinto

Rio Tinto è un gigante dell’industria mineraria (la seconda più grande del mondo), con una forte presenza nell’estrazione del ferro, nonché rame, alluminio, oro, uranio, ecc.

Rio Tinto sta espandendo rapidamente, in particolare con il progetto di mega miniera di ferro di Simandou in Guinea e la miniera di rame di Oyu Tolgoi, il più grande progetto della storia della Mongolia.

Rio Tinto dovrebbe fornire il 25% del volume di crescita dell’offerta di rame globale nei prossimi 5 anni.

Recentemente ha fatto un’entrata massiccia nel settore dell’estrazione del litio, con l’acquisto del gigante del litio Arcadium Lithium, a sua volta risultato della fusione nel 2023 dei grandi produttori di litio Allkem & Livent, rendendolo il terzo più grande produttore di litio al mondo.

Source: Arcadium

La fusione ha creato un’azienda in tutti i passaggi di produzione e lavorazione del litio. Arcadium ha piani di espansione in atto per più che raddoppiare la capacità entro la fine del 2028

Innovazioni di Arcadium

DLE

Riguardo a questo acquisto, ciò che è stato descritto come “il vero premio di Rio Tinto” è la tecnologia di estrazione diretta del litio (DLE) di Arcadium. Arcadium ha effettivamente lavorato sulla DLE dal 1996, in combinazione con le vasche di evaporazione, e ha recentemente fatto significativi progressi nel renderla commercialmente fattibile come metodo di estrazione autonomo.

In particolare, Livent ha acquisito ILiAD Technologies nel 2023.

“La piattaforma tecnologica ILiAD combina un adsorbente selettivo per litio superiore con un processo di lavorazione del letto controcorrente continuo”

“Livent è il più grande utilizzatore di processi di produzione basati sulla DLE e siamo entusiasti che abbiano riconosciuto i vantaggi che ILiAD porta al futuro della DLE.

Sembra che la lunga esperienza di Arcadium con la DLE e la “vasta gamma di acque sotterranee ricche di litio in una vasta gamma di condizioni” di ILiAD siano state una ragione primaria per la decisione di Rio Tinto di acquisire Arcadium, oltre al suo basso valore a causa della natura ciclica dei mercati del litio.

Mentre nel lungo termine, l’estrazione elettrochimica del litio potrebbe sostituire i metodi basati sull’adsorbimento, è anche probabile che l’esperienza nell’estrazione diretta del litio su larga scala paghi comunque se questo diventa il metodo principale di estrazione del litio in futuro.

Foglio di litio

Arcadium ha anche sviluppato LIOVIX, una forma di foglio di litio stampabile che potrebbe essere utilizzato per migliorare le prestazioni delle batterie, ridurre i costi di produzione e ridurre l’uso del litio.

Source: Arcadium

Profilo verde di Rio Tinto

L’acquisto di Arcadium ha fermamente posizionato Rio Tinto nel campo degli innovatori dell’industria mineraria dopo la sua innovazione nell’estrazione del rame attraverso la sua impresa Nuton. La nuova tecnologia di Nuton consente un tasso di recupero del rame dalle rocce estratte molto più alto.

La produzione di alluminio di Rio Tinto è a basso impatto ambientale, grazie all’utilizzo dell’energia idroelettrica per raffinare la bauxite in allumina e poi in alluminio.

Rio Tinto ha anche investito in altri progetti di litio, recentemente acquisendo il progetto Ricon in Argentina e il progetto di litio di Jadar in Serbia (potenzialmente il più grande progetto di litio in Europa).

A causa dei suoi recenti acquisti e nuovi progetti, Rio Tinto dovrebbe essere visto sempre più come un’azienda di estrazione del ferro al centro, con un profilo sempre più verde e una forte crescita in tutti i metalli necessari per la transizione energetica, in particolare rame, alluminio a basso impatto ambientale e litio.

Riferimento studio:

^{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). Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}