Aumentando a Eficiência da Extração de Lítio e Minerais com Nenúfares Artificiais

Uma Alternativa à Mineração de Minerais

Quando se trata de produzir os minerais essenciais para abastecer as indústrias globais, existem realmente apenas 3 fontes possíveis: mineração de rochas, reciclagem e purificação de minerais dissolvidos. Para materiais como ferro e alumínio, as minas tradicionais são os principais fornecedores, com a reciclagem também contribuindo.

No entanto, para materiais como o lítio, uma das principais fontes são as salmouras, águas ricas em minerais que precisam ser evaporadas para coletar os minerais que contêm. Um método semelhante é frequentemente usado para a produção dos dois fertilizantes mais importantes: nitratos e potássio.

Esse método requer enormes lagoas de evaporação que cobrem milhares de acres, impondo um pesado custo ambiental aos ecossistemas locais.

Fonte: SQM

Até agora, isso tem sido alcançado confiando apenas nos raios do Sol para aquecer as lagoas e evaporar a água. Isso está longe de ser um processo eficiente, daí a necessidade de superfícies massivas.

Isso pode estar mudando, graças a um novo material que pode acelerar a evaporação, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Princeton em colaboração com a gigante de produção de lítio Sociedad Química y Minera de Chile (SQM ).

Eles publicaram sua invenção na Nature Water¹, sob o título “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Produção em Massa de Lítio

(Nem Tão Sustentável) Energia Verde

Quando não extraído de rochas (depósitos de espodumênio), o lítio é encontrado principalmente em salmouras minerais, misturadas com outros sais e minerais dissolvidos. A salmoura é extraída principalmente de águas subterrâneas ou criada pela lixiviação do lítio de depósitos ricos em minerais com água doce.

Atualmente, dezenas de milhares de hectares de lagoas solares são usados no mundo para extrair lítio, com o Chile possuindo 6.000 hectares (14.800 acres).

Esse método está exercendo pressão extrema sobre o abastecimento de água dessas regiões. Agravando a situação, as áreas ricas em lítio são geralmente desertos, o que explica por que o lítio está concentrado em depósitos economicamente viáveis em primeiro lugar. Portanto, a água limitada disponível pode ser totalmente desviada para a indústria do lítio, colocando em risco os ecossistemas e comunidades locais.

Consumo de Energia

Essas lagoas de evaporação são um método para aproveitar a energia solar “gratuitamente”. É uma opção superior em relação a alternativas que utilizam eletricidade, como compressão mecânica de vapor ou osmose reversa de ultra alta pressão.

Embora provavelmente mais ecológicos, esses métodos baseados em eletricidade seriam impossíveis de implementar em escala. Por exemplo, apenas as lagoas de evaporação chilenas estão aproveitando 65 TWh de energia solar, excedendo 70% da produção anual total do Chile (~90 TWh por ano).

Um problema significativo é que, embora seja barato, o método das lagoas de evaporação está longe de ser eficiente. Menos da metade da energia solar é convertida em energia térmica, contribuindo para a evaporação.

É aqui que a invenção dos pesquisadores de Princeton entra.

Fertilizantes

Não apenas lítio, mas também fertilizantes podem ser produzidos através de lagoas de evaporação. Notavelmente, SQM produz anualmente 1,5 milhão de toneladas de sal de nitrato a partir de minério de calcita e salmouras salar.

Fonte: SQM

Esta é parte de uma mistura química complexa que a SQM extrai das salmouras, incluindo cloreto de lítio, cloreto de potássio, cloreto de magnésio, ácido bórico e sulfato de potássio. O potássio é então misturado para formar nitrato de potássio.

Embora não seja uma fonte significativa de fertilizante comparada à mineração direta ou à síntese de fertilizantes nitrogenados usando gás natural (processo Haber‑Bosch), este é outro processo de produção com impacto ambiental que poderia ser aprimorado com lagoas de evaporação mais eficientes.

Otimizando a Evaporação

Descobertas Anteriores

O trabalho mais recente de P&D para aumentar a eficiência das lagoas de evaporação baseia‑se em trabalhos anteriores dos mesmos pesquisadores e de outros nesta área. Eles estudaram o fenômeno chamado evaporação solar interfacial (ISE).

O conceito chave da ISE é utilizar um material altamente absorvente de luz para capturar quase 100% da radiação solar enquanto também absorve a água salgada e rica em minerais.

Fonte: ResearchGate

Progresso adicional também foi feito para evitar o acúmulo e cristalização de sal, o que reduziria a eficiência ao longo do tempo, notavelmente salt backflow enhancement, Janus structural designs, e directional crystallization.

Parceria Público-Privada

Este trabalho foi realizado como parte do programa START Innovators da Universidade. O programa, uma combinação de bolsa acadêmica e aceleradora de startups, permitiu que os pesquisadores continuassem desenvolvendo sua tecnologia enquanto criavam um plano de negócios e construíam empreendimentos em estágio inicial.

“Ajudar a cultivar um ecossistema no qual nossos docentes e pesquisadores possam traduzir efetivamente suas tecnologias para o setor comercial é uma função central do Escritório de Inovação.”

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

Esta abordagem busca acelerar a transferência de tecnologia das ideias de laboratório para escala industrial e traduzir melhor as habilidades técnicas dos pesquisadores acadêmicos em aplicações práticas.

“O que conseguimos fazer com pesquisadores como o Professor Ren e sua equipe é ajudar a redirecionar a forma como eles pensam sobre suas ideias. Nosso objetivo é mudar radicalmente a perspectiva dos participantes, de modo que eles deixem nosso programa com uma perspectiva completamente diferente da que tinham ao entrar.

Fazemos a eles perguntas complexas que podem estar fora do escopo tradicional de um pesquisador, mas são essenciais para traduzir inovações acadêmicas em resultados bem‑sucedidos.

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

Isso parece ter funcionado, com a tecnologia passando de “pequenos protótipos em piscinas infantis” para testes de produtos prontos para comercialização em instalações de produção mineral na América do Sul em menos de 2 anos.

“Princeton forneceu a base, o ecossistema e os recursos que nos ensinaram as habilidades e conhecimentos necessários para ter sucesso como uma pequena empresa.”

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

Aumentando a Eficiência

Embora o protótipo anterior utilizasse madeira como material transportador de água, os pesquisadores inventaram cristalizadores de fibras de celulose torcidas. Isso permite não apenas rápida evaporação da água, mas também cristalização espacialmente separada para recuperação seletiva de lítio.

Eles também usaram revestimentos proprietários para nossos materiais à base de carbono, permitindo rápida evaporação, separação de minerais e propriedades antifouling.

A startup Princeton Critical Minerals testou seu primeiro protótipo em uma lagoa de evaporação de lítio real, de propriedade da SQM, com formato de uma ninfa flutuando na superfície da água.

Fonte: ResearchGate

Quando observada com uma câmera térmica, fica claro que a superfície da água está muito mais quente, com pontos quentes especialmente em uma zona especial da ninfa artificial. O design provou ser capaz de converter 96% da energia solar em energia térmica, comparado aos 50% de eficiência das lagoas abertas.

Fonte: ResearchGate

Isso melhorou radicalmente a taxa de evaporação, que dobrou em média (aumento de 40–122% dependendo das concentrações da salmoura). Também reduziu significativamente a perda de água para o fundo da lagoa, já que o processo ocorreu muito mais rapidamente.

Fonte: ResearchGate

Pesquisas Futuras

Os dados da câmera térmica provaram que a forma principal como as ninfas artificiais funcionam é mantendo o calor do sol na superfície da lagoa, onde realmente ocorre a evaporação, em vez de no fundo, onde o calor se perde.

Como a temperatura afeta a solubilidade dos minerais, pode ser que ajustes adicionais da temperatura na superfície das ninfas possam melhorar ainda mais a produção de lítio.

“Essas questões só surgiram quando vimos os resultados dos testes de campo. Se tivéssemos mantido nosso trabalho no laboratório, essas novas direções talvez nunca tivessem surgido.”

Z. Jason Ren – Professor of civil and environmental engineering

Outro passo será iniciar a fabricação em massa das ninfas artificiais e explorar a economia do dispositivo, bem como possíveis modelos de negócios de longo prazo para a Princeton Critical Minerals.

Empresas de Evaporação de Lítio

Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

SQM é a segunda maior empresa de mineração de lítio do mundo, com seus ativos no Chile e o lítio representando a maior parte dos negócios da empresa. Também é a líder de mercado na produção de nitrato de potássio de origem natural e vende produtos químicos especiais como iodo, cloreto de potássio, ácido bórico e cloretos de magnésio.

Fonte: SQM

Em abril de 2023, a empresa enfrentou uma medida do Chile que ameaçava uma nacionalização parcial da indústria de lítio do país. Após o choque inicial, detalhes adicionais do plano esclareceram que o país ainda pretendia atrair investimento estrangeiro privado.

Mais especificamente, a empresa nacional de lítio Coldeco está renegociando um contrato com a SQM, e outros depósitos de lítio serão oferecidos para exploração. O contrato existente, no entanto, será respeitado e permanecerá em vigor até 2030.

Como as negociações estão em andamento, há muito pouca informação disponível, e é difícil prever o futuro de longo prazo da SQM. Ainda assim, o Chile é um país altamente dependente da mineração para sua economia, e a reação inicial contra os planos de nacionalização, que impactou não apenas a confiança no lítio, mas em toda a mineração, forçou o governo a limitar suas ambições (por enquanto?).

A ameaça de nacionalização foi seguida por um declínio duradouro nos preços internacionais do lítio, o que causou uma queda no preço das ações da empresa, abaixo de seu pico no final de 2022.

Fonte: Carbon Credit

Lítio teve crescimento de volume de vendas (+13%), preços médios de venda anuais significativamente menores (-41%) em 4T2024 vs 4T2023

Como resultado dos baixos preços do lítio, a empresa teve receitas muito maiores em 2024, proporcionalmente, de outros produtos em comparação ao passado, com o iodo responsável por 39% dos lucros brutos.

Fonte: SQM

Isso pode ser visto tanto como refletindo o risco real da empresa quanto como uma oportunidade para atrair investidores dispostos a assumir o risco e obter um sólido rendimento de dividendos.

Como em todos os investimentos em lítio, os investidores desejarão estar familiarizados com o cenário de veículos elétricos (demanda e o potencial de químicas inovadoras como baterias de íons de sódio, que não utilizam lítio) e esperam que a alta volatilidade dos preços do lítio persista no futuro previsível, mesmo que mais riscos de queda pareçam já estar parcialmente precificados.

(Você pode ler mais sobre lítio e baterias em nossos artigos “Is Lithium Demand Set to Plummet with New Sodium‑Ion Batteries?”, “Does Arkansas Hold the Answer to Our Lithium Needs?” e “Investing in Nobel Prize Achievements: Lithium‑Ion Batteries To Power the World”.)

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^{Estudos Referenciados:}

^{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}