Sfruttare le piscine geotermiche per soddisfare le nostre esigenze di litio

La Caccia a Sempre Più Litio

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

Fonte: Statista

Ciò ha causato problemi, poiché il litio è difficile da estrarre. In passato, ciò ha provocato forti oscillazioni di prezzo, facendo variare notevolmente i costi di input per i produttori di batterie e di veicoli elettrici.

Fonte: Carbon Credit

Attualmente, il litio è prodotto principalmente da rocce dure o da salamoie, entrambe le quali richiedono molta energia o consumo d’acqua.

Un’alternativa sarebbe produrre litio da salamoie geotermiche, l’acqua presente nei depositi sotterranei. Tuttavia, ciò è stato tecnicamente difficile.

Questo potrebbe essere cambiato grazie al lavoro dei ricercatori della Rice University, che hanno pubblicato i loro risultati nella prestigiosa rivista 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 ed è raramente presente in depositi concentrati commercialmente sfruttabili.

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

Fonte: Progress in Natural Science

Ciò ha spinto altri paesi a cercare fonti alternative, con le salamoie sotterranee (acqua salata) un buon candidato. Per esempio, è stato recentemente scoperto che l’Arkansas potrebbe contenere più risorse di litio in salamoia presenti accanto a giacimenti di petrolio e gas rispetto a tutte le riserve di litio precedentemente conosciute negli USA.

Queste salamoie spesso contengono una concentrazione relativamente alta di litio. Il problema è come estrarre il litio da queste salamoie, poiché contengono solitamente un complesso mix di altri minerali.

Poiché queste salamoie sono altamente concentrate, l’estrazione diretta del litio (DLE) è considerata un’alternativa alla grande vasca di evaporazione utilizzata finora.

Fonte: Euronews

Estrazione Diretta del Litio

L’estrazione diretta mira agli atomi di litio attraverso un processo di estrazione selettiva. Ciò può essere realizzato tramite diversi metodi:

• DLE basato su adsorbimento, in cui il litio è fisicamente assorbito da un materiale dedicato.
• DLE basato su scambio ionico, in cui il litio viene scambiato contro cationi (ioni positivi).
• DLE basato su estrazione con solvente, in cui un solvente organico assorbe e dissolve il litio dalla salamoia.

Fonte: Lithium Harvest

Estrazione Elettrochimica del Litio

Un’altra opzione poco esplorata è l’estrazione elettrochimica del litio. L’idea è utilizzare una corrente elettrica potente per separare il litio dagli altri minerali nella salamoia.

Come detto, queste salamoie contengono molti altri minerali con dimensioni ioniche e cariche simili, tra cui magnesio, calcio, sodio e potassio. Questo rende difficile qualsiasi metodo basato solo sulle proprietà ioniche, poiché è necessario ripetere il processo molte volte per selezionare esclusivamente il litio.

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

Il gas cloro, noto anche come alogeno, è stato usato come arma chimica durante la Prima Guerra Mondiale. Tuttavia, il problema della sua produzione durante l’estrazione elettrochimica del litio ha finora impedito l’uso commerciale di questa tecnologia.

Utilizzare la 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 della Rice University hanno usato una membrana di ceramica vetrosa conduttiva per ioni litio (LICGC), una tecnologia spesso impiegata nelle batterie ma mai prima d’ora applicata al trattamento 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 selettivamente solo gli ioni litio, trattenendo gli ioni degli altri componenti chimici.

Reattore Elettrochimico a 3 Camere

I reattori elettrochimici tradizionali per l’estrazione del litio sono progettati con 2 camere: la prima contiene la salamoia target, la seconda contiene il litio estratto.

Aggiungendo la membrana LICGC al centro, i ricercatori hanno creato una terza camera intermedia, dove passa quasi esclusivamente il litio 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’ingegnosità ingegneristica per risolvere problemi reali.”

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

Durante i test effettuati dai ricercatori, il tasso di purezza del litio ha raggiunto il 97,5 %. Nel frattempo, le concentrazioni di Na⁺, K⁺, Mg²⁺ e Ca²⁺ erano così basse da scendere al di sotto del limite di rilevamento degli strumenti dei ricercatori.

Ancora 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 nocivi, solo il 6,4 % della potenza totale ha reagito con gli ioni cloro nel nuovo design.

 Tuttavia, alcuni problemi necessitano di correzioni

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

Una delle possibilità considerate per risolvere il problema sarebbe pretrattare la salamoia per ridurre il contenuto di sodio.

Un’altra sarebbe trovare rivestimenti di membrana specializzati per impedire agli ioni sodio di aderire in primo luogo.

Investire in Litio e Tecnologia delle Batterie

Le batterie al litio‑ione hanno già cambiato il mondo più volte, permettendo alle persone di portare ovunque elettronica avanzata e alimentando auto esclusivamente con elettricità.

Potrebbero ancora farlo di nuovo, o altri tipi di batterie, consentendo una rete elettrica al 100 % rinnovabile o l’elettrificazione degli aerei quando si raggiungerà una densità energetica sufficientemente alta.

Puoi investire in società legate alle batterie tramite molti broker, e qui su securities.io trovi le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere singole società di litio o batterie, puoi anche considerare ETF biotech come Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), l’ETF Lithium & Battery Tech ETF (LIT) di Global X, o l’WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), che offrirà un’esposizione più diversificata per capitalizzare sulla crescita dell’industria del litio e delle batterie.

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

Società di Estrazione Diretta del Litio

Rin Tinto

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

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

Si prevede che Rio Tinto fornirà il 25 % dei volumi di crescita dell’offerta globale di rame nei prossimi 5 anni.

Recentemente ha effettuato un massiccio ingresso nel settore dell’estrazione del litio, con l’acquisizione del gigante Arcadium Lithium , risultato della fusione nel 2023 dei grandi produttori di litio Allkem & Livent, diventando il terzo più grande produttore di litio al mondo.

Fonte: Arcadium

La fusione ha creato una società in tutti i passaggi di produzione e lavorazione del litio. Arcadium ha piani di espansione per più del raddoppiare la capacità entro la fine del 2028

Arcadium Innovations

DLE

Riguardo a questa acquisizione, ciò che è stato descritto come “il vero premio di Rio Tinto” è la tecnologia di estrazione diretta del litio (DLE) di Arcadium. Arcadium lavora effettivamente sul DLE dal 1996, in combinazione con vasche di evaporazione, e di recente ha compiuto progressi significativi nel renderlo commercialmente valido come metodo di estrazione autonomo.

In particolare, Livent ha acquisito ILiAD Technologies nel 2023.

“La piattaforma tecnologica ILiAD combina un adsorbente selettivo per il litio superiore con un processo continuo a letto controcorrente”

“Livent è il principale operatore mondiale e il più grande utilizzatore di processi di produzione basati su DLE, e siamo entusiasti che abbiano riconosciuto i vantaggi che ILiAD porta al futuro del DLE.”

Sembra che la lunga esperienza di Arcadium con il DLE, e la “ampia gamma di salamoie ricche di litio in una vasta varietà di condizioni” di ILiAD siano stati motivi principali per la decisione di Rio Tinto di acquisire Arcadium, oltre alla sua valutazione bassa a causa della natura ciclica dei mercati del litio.

Mentre a lungo termine l’estrazione elettrochimica del litio potrebbe sostituire i metodi basati su adsorbenti, è anche probabile che l’esperienza nel DLE su scala industriale darà comunque risultati se questo diventerà il metodo principale di estrazione del litio in futuro.

Lithium Foil

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

Fonte: Arcadium

Profilo Verde di Rio Tinto

L’acquisizione di Arcadium ha collocato fermamente Rio Tinto nel gruppo degli innovatori dell’industria mineraria dopo la sua innovazione nell’estrazione del rame tramite la sua iniziativa Nuton. La nuova tecnologia di Nuton consente un tasso di recupero del rame molto più elevato dal minerale estratto.

La produzione di alluminio di Rio Tinto è a basse emissioni di carbonio, grazie all’uso di energia idroelettrica per raffinare la bauxite in allumina e poi in alluminio.

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

A causa delle recenti acquisizioni e dei nuovi progetti, Rio Tinto dovrebbe essere sempre più visto come un mineratore di ferro al centro, con un profilo sempre più verde e una forte crescita in tutti i metalli richiesti dalla transizione energetica, soprattutto rame, alluminio a basse emissioni e litio.

Riferimento allo 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}