Colheita Sustentável de Lítio – Revolucionando as Cadeias de Suprimentos de Veículos Elétricos

Impulsionado pelos esforços globais de descarbonização, o crescimento de veículos elétricos (EVs) está projetado para continuar em ritmo acelerado, representando mais da metade das vendas mundiais de veículos em dez anos. 

Essa eletrificação generalizada do setor de transporte, que responde por cerca de 20% das emissões globais de dióxido de carbono (CO2) devido à sua forte dependência de combustíveis fósseis, ajudará a reduzir significativamente as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE).

No entanto, essa transição rápida para EVs traz um grande problema — uma pressão severa na cadeia de suprimentos de elementos críticos usados nas baterias de EVs. 

Entre as baterias de EV, as baterias de íons de lítio são as mais amplamente utilizadas devido ao seu baixo custo e densidade de energia incomparável, e espera‑se que continuem a ser a química de bateria dominante. Isso significa que o lítio (Li), em particular, continuará a ser um componente essencial.

O metal alcalino macio, de cor branco prateado, que é o mais leve de todos os elementos sólidos e reage vigorosamente com a água, é usado em quantidades substanciais em um único pacote de bateria de EV.

Portanto, naturalmente, a demanda por lítio deve crescer exponencialmente na próxima década, a ponto de superar em muito o que pode ser obtido por mineração de minérios de lítio ou extração de salmouras ricas em lítio até 2030.

O Problema da Cadeia de Suprimentos com o Elemento Crítico da Bateria

A demanda por baterias de íons de lítio está prevista para ultrapassar um terawatt‑hora (TWh) este ano, um aumento dramático em relação a 74 gigawatt‑horas (GWh) há uma década, segundo o Banco de Dados de Baterias de Íons de Lítio da Benchmark.

Essa demanda crescente por baterias de íons de lítio, que está no centro do crescimento da indústria automotiva e da transição energética, tem levado os países a buscar desenvolver suas próprias cadeias de suprimentos domésticas.

Embora a China domine a indústria, a competição está se intensificando, com os EUA buscando ganhar controle na tecnologia de EVs e baterias. Ambos os países estão impondo restrições comerciais para proteger suas indústrias e emergir como líderes.

Em janeiro deste ano, a China sugeriu restringir tecnologias de extração e refino de lítio para ganhar mais controle sobre a cadeia global de suprimentos de lítio. A China, que também abriga os maiores fabricantes de baterias de lítio do mundo, com a CATL detendo a maior participação de mercado em 35%, seguida pela BYD, tornou‑se a segunda maior detentora mundial, com 16,5% do total global, já que suas reservas de lítio triplicaram.

Bolívia, Chile e Argentina são os outros detentores mais proeminentes de reservas de lítio, com novos produtores de lítio como a Arábia Saudita ingressando ao investir fortemente em projetos de lítio. 

Os EUA também estão entre os principais países com reservas significativas de lítio. No entanto, apesar disso, sua produção é relativamente pequena — menos de 2% do total mundial. E quase todo esse lítio provém da instalação Silver Peak da Albemarle. Portanto, a ordem “Desencadeando a Energia Americana” busca simplificar permissões para mineração e fortalecer capacidades domésticas.

Alguns meses atrás, um alto funcionário dos EUA acusou produtores chineses de lítio de eliminar projetos concorrentes ao inundar o mercado global com o metal crítico e causar uma queda de preço “predatória”.

Os preços do lítio caíram mais de 80% no último ano, em grande parte devido à superprodução da China. Segundo Jose Fernandez, então Subsecretário de Estado para Crescimento Econômico, Energia e Meio‑Ambiente:

“Eles praticam preços predatórios… (eles) reduzem o preço até que a concorrência desapareça. É isso que está acontecendo.”

A China, acrescentou, estava produzindo muito mais lítio “do que o mundo precisa hoje, de longe”. Isso resultou em preços baixos, que Fernandez disse “restrição nossa capacidade de diversificar nossas cadeias de suprimentos em escala global e ampla”.

À medida que a competição se intensifica e a volatilidade dos preços ameaça as cadeias globais de suprimentos, há um impulso urgente por métodos alternativos de extração para garantir um suprimento de lítio estável e sustentável.

Abordando o Desequilíbrio entre Demanda e Oferta de Lítio

Abordar efetivamente o déficit de suprimento de lítio requer a transição de meios convencionais para fontes aquosas não convencionais. Isso inclui extrair lítio de salmouras geotermais, águas residuais industriais, água produzida por petróleo e gás, e águas subterrâneas.

Tradicionalmente, esse tipo de extração envolve pré‑concentração via evaporação solar, seguida por uma série de etapas de purificação e precipitação baseadas em produtos químicos. 

Como resultado, a extração de lítio está restrita a regiões com terras secas e extensas. Além disso, isso envolve tempos de processamento longos e tem impactos ambientais adversos, e apesar de tudo, ainda apresenta baixas taxas de recuperação de lítio.

É por isso que as tecnologias de extração direta de lítio (DLE) se tornaram o foco, pois podem superar as limitações de tempo e uso de terra. Essas tecnologias também podem obter lítio de alta pureza sem exigir etapas de tratamento químico posteriores.

Aqui, resinas de troca iônica e adsorventes, em particular, são amplamente investigados para extração de lítio, mas essas técnicas ainda necessitam de pré‑concentração parcial do lítio devido à sua seletividade limitada e requerem grandes volumes de água doce ou produtos químicos para regeneração. 

A intercalação eletroquímica de lítio, por outro lado, demonstra impressionante seletividade ao lítio, mas essas abordagens sofrem com durações de eletrodo severamente limitadas e requerem regeneração periódica.

No entanto, membranas altamente seletivas têm o potencial de superar essas limitações ao proporcionar recuperação contínua e sustentável de lítio. Esse método facilita o transporte preferencial de lítio em relação a íons concorrentes.

Em relação a essa técnica, a investigação de materiais de membrana que ofereçam alta seletividade ao lítio contra íons divalentes e monovalentes concorrentes continua sendo crucial.

Mais recentemente, pesquisadores do laboratório Elimelech na Rice University alcançaram um grande avanço ao reutilizar eletrólitos de estado sólido (SSEs) como materiais de membrana para extração aquosa de lítio. 

Os SSEs são um tópico intensamente investigado na comunidade de baterias, mas não como material de membrana para separações aquosas de íons. O desenvolvimento de SSEs tem sido o foco no campo de baterias devido às preocupações de segurança provocadas pela inflamabilidade dos eletrólitos líquidos comumente usados.

Eletrólitos de estado sólido (SSEs) realmente oferecem alternativas promissoras aos eletrólitos líquidos tradicionais em baterias, proporcionando maior segurança e potencial para maior densidade de energia. SSEs são materiais sólidos que permitem o transporte de íons, como íons de lítio, entre os eletrodos em uma bateria. 

Além de oferecer maior segurança por serem não inflamáveis, os SSEs também são mais duráveis, mas enfrentam desafios como menor condutividade iônica e instabilidade interfacial. 

No que diz respeito à aplicação potencial dos SSEs como materiais de membrana para a extração seletiva de íons de lítio da água do mar, alguns estudos demonstraram seu uso possível, mas a avaliação fundamental e a compreensão do transporte em SSEs ainda não foram exploradas.

Portanto, o estudo mais recente avalia o uso de um SSE condutor de íons de lítio como membrana para extração aquosa de lítio, investigando os fundamentos do transporte de íons e água no SSE e avaliando sua seletividade íon‑íon contra cátions concorrentes comuns em salmouras de lítio. 

Os resultados do estudo indicam “seletividade de lítio praticamente perfeita”. Também revelou uma relação importante — embora impenetrável, a presença de cátions concorrentes (um íon carregado positivamente) ainda afeta adversamente o fluxo de íons de lítio.

Clique aqui para saber se o Arkansas tem a resposta para a crescente necessidade de suprimento de lítio dos Estados Unidos.

Abrindo Caminho para Cadeias de Suprimentos Sustentáveis de Baterias de EV

Publicado em Science Advances¹, o estudo detalha o desenvolvimento do método eficiente de extração de lítio — uma membrana de eletrólito de estado sólido altamente seletiva que revoluciona a colheita de lítio com seletividade quase perfeita, aprimorando assim a sustentabilidade nas cadeias de suprimentos de baterias de EV.​

A equipe de pesquisa descobriu que a estrutura altamente ordenada e confinada dos SSEs, originalmente projetada para a condução rápida de íons de lítio em baterias de estado sólido, é capaz de alcançar separação sem precedentes de íons e água em misturas aquosas.

Isso marca um potencial avanço na recuperação sustentável de recursos que pode ajudar a reduzir a dependência de técnicas tradicionais. Segundo o autor correspondente Menachem Elimelech, Nancy e Clint Carlson, Professor de Engenharia Civil e Ambiental:

“O desafio não é apenas aumentar a produção de lítio, mas fazê-lo de maneira sustentável e economicamente viável.”

A nova técnica desenvolvida pela equipe de pesquisa depende de uma diferença fundamental entre membranas nanoporosas tradicionais e SSEs. 

A diferença está na dependência das membranas convencionais em poros nanoscópicos hidratados para transportar íons, enquanto os SSEs movem íons de Li usando um mecanismo de salto anidro dentro de uma rede cristalina altamente ordenada.

“Isso significa que os íons de lítio podem migrar através da membrana enquanto outros íons concorrentes, e até a água, são efetivamente bloqueados. A seletividade extrema oferecida pela nossa abordagem baseada em SSE torna-a um método altamente eficiente para a colheita de lítio, pois a energia é gasta apenas para mover os íons de lítio desejados através da membrana.”

– Primeiro autor Sohum Patel, atualmente pesquisador pós‑doutorando no Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Para testar esse fenômeno, a equipe utilizou um arranjo de eletrodiálise, onde a eletricidade é usada para impulsionar íons de Li através da membrana. 

O resultado do experimento mostrou que mesmo quando a concentração de íons concorrentes era alta, o SSE continuou a exibir quase perfeita seletividade ao lítio sem íons concorrentes discerníveis. Isso é algo que as tecnologias de membranas tradicionais não conseguiram alcançar.

Agora, para responder à questão de por que os SSEs demonstram tal seletividade excepcional ao íon de Li, a equipe usou uma combinação de técnicas computacionais e experimentais para investigar, apontando para a rede cristalina rígida e densamente compactada do SSE. Essa estrutura impede não apenas a penetração de moléculas de água na membrana, mas também de íons maiores como sódio e magnésio.

“A rede atua como uma peneira molecular, permitindo que apenas íons de lítio passem. Essa combinação de exclusão de tamanho e carga altamente precisa é o que torna a membrana SSE tão única.”

– Elimelec

Embora os íons concorrentes não tenham passado pelo SSE, os pesquisadores observaram que sua presença reduziu o fluxo de lítio, embora ainda fosse comparável ao observado em materiais de membrana significativamente menos seletivos. Os pesquisadores acreditam que esse desafio, causado pelo bloqueio dos sítios de superfície disponíveis para troca iônica, pode ser resolvido por meio de engenharia adicional de materiais.

Além disso, trabalhos adicionais são necessários para demonstrar a eficácia do SSE quando aplicado a águas de origem cada vez mais complexas e salinas. 

No geral, o estudo destaca “a aplicação altamente promissora dos SSEs para a recuperação de lítio”. 

Segundo os pesquisadores, esse método recém‑desenvolvido pode ajudar a garantir um suprimento estável de lítio para uma ampla gama de indústrias, incluindo os setores automotivo, eletrônico e de energia renovável. 

Não só as membranas baseadas em SSE podem ajudar a enfrentar a escassez de lítio que se avizinha, como também podem fazê-lo de forma sustentável e sem afetar negativamente o meio ambiente como a mineração tradicional. Segundo Patel:

“Ao integrar SSEs em sistemas de eletrodiálise, poderíamos possibilitar a extração direta de lítio de uma variedade de fontes aquosas, reduzindo a necessidade de grandes lagoas de evaporação e etapas de purificação intensivas em produtos químicos. Isso poderia reduzir significativamente a pegada ambiental da produção de lítio ao mesmo tempo que torna o processo mais eficiente.”

O método, que também pode reduzir os custos associados à produção de lítio, pode ser adotado industrialmente dentro de 5‑8 anos. Os pesquisadores esperam que os materiais SSE estejam “na vanguarda das tecnologias DLE” no futuro.

Além disso, o estudo antecipa aplicações mais amplas para os SSEs em separações iônicas seletivas além do lítio.

Como Elimelech observou, os mecanismos de seletividade iônica em eletrólitos de estado sólido (SSEs) podem inspirar o desenvolvimento de membranas semelhantes para extrair outros elementos críticos de fontes de água, abrindo caminho para “uma nova classe de materiais de membrana para recuperação de recursos”.

Empresa Inovadora

Albemarle Corporation

Agora, se analisarmos uma empresa investível proeminente neste campo, a Albemarle Corporation (ALB ) destaca‑se por ser líder global na produção de lítio, investindo em tecnologias de extração sustentáveis.

A empresa opera minas na Austrália, Chile e nos EUA. Seus recursos de lítio, que a Albemarle afirma serem “entre os maiores e de mais alta qualidade do mundo”, compreendem depósitos de rocha dura e salmouras hipersalinas.

A Albemarle, no entanto, está enfrentando desafios, o que a levou no verão passado a pausar uma planta de processamento de lítio para EVs de US$ 1,3 bilhão na Carolina do Sul, EUA. Por volta do mesmo período, interrompeu a expansão de uma fábrica na Austrália, onde produz hidróxido de lítio de grau de bateria para EVs, devido aos preços fracos do lítio. A notícia chegou apenas cerca de um ano depois que a Albemarle compartilhou seu plano de dobrar a produção, com grande parte de sua perda de mais de US$ 1 bilhão no terceiro trimestre de 2024 atribuída à expansão fracassada desse projeto.

The queda de preço no mercado de lítio continua devido à forte produção no Chile, tarifas da administração Trump e uma desaceleração na demanda após as férias do Ano Novo Lunar na China. Como resultado, a Albemarle teve que cancelar não apenas seus projetos de expansão, mas também reduzir o quadro de funcionários. 

Agora, a Albemarle Corporation opera principalmente através de três divisões principais — Energy Storage, Specialties e Ketjen. 

A divisão Energy Storage fabrica cloreto de lítio, hidróxido de lítio e carbonato de lítio. O segmento Specialties otimiza soluções altamente especializadas de lítio e bromo e atende às indústrias de mobilidade, energia, conectividade e saúde. O foco da Ketjen está em soluções de catalisadores de desempenho (PCS), tecnologias de combustíveis limpos (CFT) e catalisadores e aditivos de craqueamento catalítico fluidizado (FCC) que atendem aos mercados aeroespacial, automotivo, energia convencional, armazenamento em rede e outros.

Com uma capitalização de mercado de US$ 8,78 bilhões, as ações da Albemarle estão atualmente negociando a US$ 74,82, queda de 12,28% no ano. A empresa tem um EPS (TTM) de -11,19 e um P/E (TTM) de -6,74, enquanto o rendimento de dividendos pago é de 2,15%. Em 27 de fevereiro, a empresa declarou um dividendo trimestral de ações ordinárias de US$ 0,405 por ação, pagável em 1º de abril.

Quanto aos seus resultados financeiros, no quarto trimestre de 2024, a Albemarle reportou vendas líquidas de US$ 1,2 bilhão, enquanto o lucro líquido foi de US$ 75 milhões ou US$ 0,29 por ação diluída, e a perda diluída ajustada por ação foi de (US$ 1,09).

As vendas líquidas registraram uma queda de 48% em relação ao trimestre do ano anterior, que foi de US$ 2,4 bilhões, o que a empresa atribuiu a preços e volumes menores na Energy Storage. As vendas líquidas por divisão foram as seguintes — US$ 617 milhões em Energy Storage, US$ 333 milhões em Specialties e US$ 282 milhões em Ketjen.

Durante o quarto trimestre, a Albemarle também reportou produção recorde nas plantas de conversão de lítio Meishan e La Negra. No entanto, planeja colocar sua instalação em Chengdu, China, em manutenção até meados deste ano.

No ano completo, a empresa reportou vendas líquidas de US$ 5,4 bilhões e um prejuízo líquido de US$ 1,2 bilhão, enquanto o caixa das operações foi de US$ 702 milhões. Em 31 de dezembro de 2024, a Albemarle possuía cerca de US$ 2,8 bilhões em liquidez, incluindo US$ 1,2 bilhão em caixa e equivalentes. Sua dívida total, por sua vez, era de US$ 3,5 bilhões.

“Estamos tomando medidas decisivas para reduzir custos, otimizar nossa rede de conversão e aumentar a eficiência para preservar nossa posição competitiva de longo prazo. Ao olharmos para o futuro, esperamos que as condições de mercado dinâmicas persistam, mas permanecemos confiantes em nossa capacidade de gerar valor para as partes interessadas, aumentando nossa flexibilidade financeira, fortalecendo nossas capacidades centrais e posicionando a Albemarle para o crescimento futuro.”

– CEO Kent Masters

Para 2025, a empresa espera que seu gasto de capital esteja na faixa de US$ 700 milhões a US$ 800 milhões, 50% menos que os US$ 1,7 bilhão de 2024. Esse investimento, observou a Albemarle, reflete a priorização de manter ativos e recursos existentes.

Últimas Notícias sobre Albemarle Corporation

Conclusão 

No mundo hiper‑móvel de hoje, os veículos elétricos surgiram como solução para o problema da sustentabilidade. Os EVs oferecem uma forma de reduzir as emissões de carbono e diminuir nossa dependência de combustíveis fósseis. No cerne dessa revolução está a tecnologia de baterias, que está ajudando os EVs a remodelar o futuro do transporte.

Um componente chave dessas baterias é o lítio, que é fundamental para alimentar não apenas os EVs, mas também muitos dispositivos modernos e sistemas de armazenamento de energia. Dada a importância do lítio na transição para energia limpa, o mundo está correndo para garantir um suprimento estável de lítio.

Os métodos convencionais de extração de lítio, embora eficazes, são limitados por preocupações ambientais, mineração intensiva em recursos e longos tempos de processamento. Aqui, avanços como o uso de membranas de eletrólito de estado sólido (SSE) apresentam uma solução transformadora, pois possibilitar a colheita sustentável e eficiente de lítio pode não apenas aliviar os iminentes problemas da cadeia de suprimentos, mas também redefinir o futuro da produção de baterias.

Clique aqui para saber se a demanda por baterias de íons de lítio cairá com as novas baterias de íons de sódio.