Aproveitando Piscinas Geotérmicas para Atender Nossas Necessidades de Lítio

A Busca por Cada Vez Mais Lítio

Com o aumento dos veículos elétricos (EVs), a demanda por baterias de íon‑lítio explodiu, assim como a necessidade de recursos de lítio. Espera‑se que essa demanda continue crescendo exponencialmente, restando apenas a inclinação dessa curva em questão, dependendo da velocidade de adoção dos EVs.

Fonte: Statista

Isso tem causado problemas, pois o lítio é difícil de extrair. No passado, isso provocou oscilações de preço extremas, fazendo com que os custos de insumo flutuassem fortemente para fabricantes de baterias e veículos elétricos.

Fonte: Carbon Credit

Atualmente, o lítio é produzido principalmente a partir de rochas duras ou de salmouras de água salgada, ambas exigindo grande consumo de energia ou água.

Uma alternativa seria produzir lítio a partir de salmouras geotérmicas, a água encontrada em depósitos subterrâneos. No entanto, isso tem sido complicado do ponto de vista técnico.

Isso pode ter mudado graças ao trabalho de pesquisadores da Rice University, que publicaram seus resultados na prestigiosa publicação PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) sob o título “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine¹”.

De Onde Vem o Lítio?

O lítio representa apenas 0,002% da crosta terrestre e raramente é encontrado em depósitos concentrados que sejam comercialmente viáveis.

Atualmente, a maioria das baterias do mundo e do lítio refinado provém da China. O mineral em si é extraído principalmente no “triângulo do lítio” (Chile, Argentina, Bolívia), na China e na Austrália.

Fonte: Progress in Natural Science

Isso levou outros países a buscar fontes alternativas, com salmouras subterrâneas (água salgada) sendo um bom candidato. Por exemplo, descobriu‑se recentemente que o Arkansas pode conter mais recursos de lítio em salmouras presentes ao lado de depósitos de petróleo e gás do que todas as reservas de lítio previamente conhecidas nos EUA.

Essas salmouras frequentemente contêm uma concentração relativamente alta de lítio. O problema é como extrair o lítio dessas salmouras, já que geralmente contêm uma mistura complexa de outros minerais também.

Como essas salmouras são altamente concentradas, a extração direta de lítio (DLE) está sendo considerada como alternativa à grande piscina de evaporação usada até agora.

Fonte: Euronews

Extração Direta de Lítio

A extração direta tem como alvo os átomos de lítio por meio de um processo seletivo. Isso pode ser alcançado através de alguns métodos diferentes:

• DLE baseado em adsorção, onde o lítio é fisicamente absorvido por um material dedicado.
• DLE baseado em troca iônica, onde o lítio é trocado por cátions (íons positivos).
• DLE baseado em extração por solvente, onde um solvente líquido orgânico absorve e dissolve o lítio da salmoura.

Fonte: Lithium Harvest

Extração Eletroquímica de Lítio

Outra opção que ainda não foi muito explorada é a extração eletroquímica de lítio. A ideia é usar uma corrente elétrica potente para separar o lítio dos outros minerais na salmoura.

Como dissemos, essas salmouras contêm muitos outros minerais com tamanhos iônicos e cargas semelhantes, incluindo magnésio, cálcio, sódio e potássio. Isso torna qualquer método baseado apenas nas propriedades iônicas difícil, pois seria necessário repeti‑lo muitas vezes para selecionar exclusivamente o lítio.

A alternativa poderia ser usar corrente elétrica, mas as salmouras frequentemente contêm muitos íons cloreto que podem se transformar em gás cloro extremamente tóxico durante processos eletroquímicos tradicionais para isolar o lítio.

O gás cloro, também conhecido como halogênio, foi notoriamente usado como gás de combate durante a Primeira Guerra Mundial. No entanto, o problema de sua produção durante a extração eletroquímica de lítio até agora impediu que essa tecnologia fosse utilizada comercialmente.

Usando Tecnologia de Baterias para a Extração de Lítio

Paradoxalmente, inovações na tecnologia de baterias podem ajudar a resolver o problema da extração de lítio para as próprias baterias. Os pesquisadores da Rice University usaram uma membrana de cerâmica vítrea condutora de íons de lítio (LICGC) recém‑desenvolvida, uma tecnologia frequentemente usada em baterias, mas nunca antes aplicada ao processamento de lítio. O LICGC é um material eletrolítico sólido que é um bom candidato para a construção de baterias de estado sólido.

A membrana é muito eficaz em permitir seletivamente que apenas íons de lítio passem, enquanto retém os íons dos outros químicos.

Reator Eletroquímico de 3 Câmaras

Reatores eletroquímicos tradicionais para extração de lítio são projetados com 2 câmaras: a primeira contém a salmoura alvo, e a segunda contém o lítio extraído.

Ao adicionar a membrana LICGC no meio, os pesquisadores criaram uma terceira câmara intermediária, onde principalmente apenas o lítio pode passar através do LICGC.

“Nosso campo tem lutado por muito tempo com as ineficiências e impactos ambientais da extração de lítio. Este reator é um testemunho do poder de combinar ciência fundamental com engenhosidade de engenharia para resolver problemas do mundo real.”
Haotian Wang, Rice associate professor of chemical and biomolecular engineering.

Durante os testes realizados pelos pesquisadores, a taxa de pureza do lítio atingiu 97,5%. Enquanto isso, as concentrações de Na+, K+, Mg2+ e Ca2+ foram tão baixas que ficaram abaixo do limite de detecção dos instrumentos dos pesquisadores.

Mais importante, é especialmente eficiente em manter os íons cloreto afastados, reduzindo drasticamente a produção de gás cloro. Em vez de consumir muita energia e criar gases nocivos, apenas 6,4% da energia total reagiu com íons cloreto no novo design.

 Ainda, Alguns Problemas Precisam Ser Corrigidos

Durante os testes, os pesquisadores notaram um acúmulo de íons de sódio na membrana LICGC. Se não for controlado, esse acúmulo pode afetar a eficiência do reator ao longo do tempo. Portanto, até que isso seja resolvido, o reator eletroquímico de 3 câmaras não estará pronto para implantação em escala comercial.

Uma das possibilidades consideradas para resolver o problema seria pré‑processar a salmoura para reduzir o teor de sódio.

Outra seria encontrar revestimentos de membrana especializados para impedir que os íons de sódio se fixem inicialmente.

Investindo em Lítio e Tecnologia de Baterias

As baterias de íon‑lítio já mudaram o mundo várias vezes, permitindo que as pessoas carreguem eletrônicos avançados em qualquer lugar e alimentando carros apenas com eletricidade.

Elas ainda podem fazer isso novamente, ou outros tipos de baterias, possibilitando uma rede elétrica 100% renovável ou a eletrificação de aviões ao alcançar uma densidade de energia suficientemente alta.

Você pode investir em empresas relacionadas a baterias através de várias corretoras, e pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações das melhores corretoras nos Estados Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.

Se você não tem interesse em escolher empresas específicas de lítio ou baterias, pode também analisar ETFs de biotecnologia como o Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), o Lithium & Battery Tech ETF (LIT) da Global X, ou o WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, que oferecem uma exposição mais diversificada para capitalizar o crescimento da indústria de lítio e baterias.

Ou você pode consultar nosso “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Empresa de Extração Direta de Lítio

Rin Tinto

Rio Tinto é um gigante da indústria de mineração (o segundo maior do mundo), com forte presença na mineração de ferro, bem como cobre, alumínio, ouro, urânio, etc.

Rio Tinto está se expandindo rapidamente, notavelmente com o mega projeto de mina de ferro de Simandou na Guiné e a mina de cobre Oyu Tolgoi, o maior projeto da história da Mongólia.

Espera‑se que a Rio Tinto forneça 25% dos volumes de crescimento no suprimento global de cobre nos próximos 5 anos.

Recentemente, fez uma entrada massiva no setor de mineração de lítio, com a aquisição da gigante do lítio Arcadium Lithium, que por sua vez é resultado da fusão em 2023 dos grandes produtores de lítio Allkem e Livent, tornando‑a a terceira maior produtora de lítio do mundo.

Fonte: Arcadium

A fusão criou uma empresa em todas as etapas de produção e processamento de lítio. A Arcadium tem planos de expansão para mais que dobrar a capacidade até o final de 2028.

Inovações Arcadium

DLE

Em relação a essa aquisição, o que foi descrito como “o verdadeiro prêmio da Rio Tinto” é a tecnologia de extração direta de lítio (DLE) da Arcadium. A Arcadium realmente vem trabalhando com DLE desde 1996, em combinação com poços de evaporação, e recentemente fez progressos significativos para torná‑la comercialmente viável como método de extração independente.

Notavelmente, a Livent adquiriu a ILiAD Technologies em 2023.

“Plataforma de Tecnologia ILiAD combina um adsorvente seletivo de lítio superior com processamento contínuo de leito contracorrente”
“A Livent é a principal praticante mundial e maior usuária de processos de produção baseados em DLE, e estamos entusiasmados por eles terem reconhecido as vantagens que a ILiAD traz para o futuro da DLE.”

Parece que a expertise de longo prazo da Arcadium com DLE, e a “ampla gama de salmouras carregadas de lítio sob uma grande variedade de condições” da ILiAD foram razões principais para a decisão da Rio Tinto de adquirir a Arcadium, além de sua baixa avaliação devido à natureza cíclica dos mercados de lítio.

Embora a longo prazo a extração eletroquímica de lítio possa substituir os métodos baseados em adsorventes, também é provável que a experiência em DLE em escala maior compense se este se tornar o principal método de extração de lítio no futuro.

Lâmina de Lítio

A Arcadium também desenvolveu o LIOVIX, uma forma de lâmina de lítio imprimível que pode ser usada para melhorar o desempenho das baterias, reduzir custos de fabricação e diminuir o uso de lítio.

Fonte: Arcadium

Perfil Verde da Rio Tinto

A aquisição da Arcadium colocou firmemente a Rio Tinto no grupo de inovadores da indústria de mineração após sua inovação na extração de cobre por meio de sua iniciativa Nuton. A nova tecnologia da Nuton permite uma taxa muito maior de recuperação de cobre a partir do minério extraído.

A produção de alumínio da Rio Tinto é de baixo carbono, graças ao uso de energia hidrelétrica para refinar a bauxita em alumina e depois em alumínio.

A Rio Tinto também investiu em outros projetos de lítio, adquirindo recentemente o projeto Ricon na Argentina e o controverso projeto de lítio Jadar na Sérvia (potencialmente o maior projeto de lítio da Europa).

Devido às suas recentes aquisições e novos projetos, a Rio Tinto deve ser cada vez mais vista como uma mineradora de ferro no núcleo, com um perfil cada vez mais verde e forte crescimento em todos os metais exigidos pela transição energética, especialmente cobre, alumínio de baixo carbono e lítio.

Referência do Estudo:

^{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}