Explorando Piscinas Geotérmicas para Atender às Nossas Necessidades de Lítio

A Caça por Mais Lítio

Com o aumento dos veículos elétricos, a demanda por baterias de íon-lítio explodiu, assim como a necessidade de recursos de lítio. Essa demanda deve continuar crescendo exponencialmente, com apenas a inclinação dessa curva em questão, dependendo da velocidade da adoção de veículos elétricos.

Source: Statista

Isso causou problemas, pois o lítio é difícil de extrair. No passado, isso causou flutuações selvagens nos preços, fazendo com que os custos de entrada flutuem fortemente para fabricantes de baterias e veículos elétricos.

Source: Carbon Credit

Atualmente, o lítio é produzido principalmente de rocha dura ou águas salgadas, ambos requerendo grande quantidade de energia ou consumo de água.

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

Isso pode ter mudado graças ao trabalho de pesquisadores da Universidade de Rice, 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 compõe apenas 0,002% da crosta terrestre e raramente é encontrado em depósitos concentrados que sejam comercialmente viáveis.

Atualmente, a maior parte das baterias e do lítio refinado do mundo vem da China. O mineral em si é principalmente minerado no “triângulo do lítio” (Chile, Argentina, Bolívia), China e Austrália.

Source: Progress in Natural Science

Isso levou outros países a procurar por fontes alternativas, com águas subterrâneas (água salgada) sendo uma boa candidata. Por exemplo, foi recentemente descoberto que Arkansas pode conter mais recursos de lítio em água salgada presente ao lado de depósitos de petróleo e gás do que todas as reservas de lítio conhecidas nos EUA.

Essas águas salgadas frequentemente contêm uma concentração relativamente alta de lítio. O problema é como extrair o lítio dessas águas salgadas, pois elas geralmente contêm uma mistura complexa de outros minerais também.

Porque essas águas salgadas são altamente concentradas, a extração direta de lítio (DLE) está sendo considerada como uma alternativa às grandes piscinas de evaporação usadas até agora.

Source: Euronews

Extração Direta de Lítio

A extração direta visa os átomos de lítio por meio de um processo de extração seletiva. Isso pode ser alcançado por meio de alguns métodos diferentes:

• Extração baseada em adsorção, onde o lítio é fisicamente absorvido por um material dedicado.
• Extração baseada em troca iônica, onde o lítio é trocado contra cátions (íons positivos).
• Extração baseada em solvente, onde um solvente líquido orgânico absorve e dissolve o lítio longe da água salgada.

Source: Lithium Harvest

Extração Eletroquímica de Lítio

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

Como dissemos, essas águas salgadas contêm muitos outros minerais com tamanhos iônicos e cargas semelhantes, incluindo magnésio, cálcio, sódio e potássio. Isso torna qualquer método baseado em propriedades iônicas apenas difícil, pois você precisa fazer isso muitas vezes para selecionar completamente apenas o lítio.

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

Gás de cloro, também conhecido como halogênio, foi notadamente usado como gás de combate durante a Primeira Guerra Mundial. No entanto, o problema de sua produção durante a extração eletroquímica de lítio bloqueou essa tecnologia de ser comercialmente usada.

Usando Tecnologia de Bateria para Extração de Lítio

Paradoxalmente, inovações em tecnologia de bateria podem ajudar a resolver o problema da extração de lítio para as mesmas baterias. Os pesquisadores da Universidade de Rice usaram uma membrana de vidro cerâmico condutor de íons de lítio (LICGC) recém-desenvolvida, uma tecnologia frequentemente usada em baterias, mas nunca antes aplicada ao processamento de lítio. LICGC é um material de eletrólito sólido que é um bom candidato para a construção de baterias de estado sólido.

A membrana é muito eficaz em selecionar apenas íons de lítio para passar enquanto segura os íons dos outros produtos químicos.

Reator Eletroquímico de 3 Câmaras

Reatores eletroquímicos tradicionais para extração de lítio são projetados em torno de 2 câmaras: a primeira contém a água salgada visada, e a segunda contém o lítio extraído.

Ao adicionar a membrana LICGC no meio, os pesquisadores criaram uma câmara intermediária de terceiro, onde principalmente apenas o lítio pode passar pela LICGC.

“Nossa área tem lutado há muito tempo com as ineficiências e impactos ambientais da extração de lítio. Esse reator é um testemunho do poder de combinar ciência fundamental com engenharia para resolver problemas do mundo real.”

Haotian Wang, professor associado de engenharia química e biomolecular da Rice.

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

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

Ainda, Alguns Problemas Precisam Ser Resolvidos

Durante seus testes, os pesquisadores notaram um acúmulo de íons de sódio na membrana LICGC. Se não for controlado, esse acúmulo poderia afetar a eficiência do reator ao longo do tempo. Então, 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 água salgada para reduzir o teor de sódio.

Outra possibilidade seria encontrar revestimentos de membrana especializados para evitar que os íons de sódio se fixem no início.

Investindo em Lítio e Tecnologia de Bateria

Baterias de íon-lítio já mudaram o mundo várias vezes, desde permitir que as pessoas carreguem eletrônicos avançados em todos os lugares até alimentar carros com eletricidade apenas.

Elas podem mudar novamente, ou outros tipos de baterias, permitindo uma grade de energia 100% renovável ou permitindo a eletrificação de aviões quando atingirem uma densidade de energia suficientemente alta.

Você pode investir em empresas relacionadas a baterias por meio de muitos corretores, e você pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações para os melhores corretores em EU, Canadá, Austrália, Reino Unido, assim como muitos outros países.

Se você não estiver interessado em escolher empresas específicas de lítio ou bateria, você também pode procurar ETFs de biotecnologia, como Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), ou o WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, que fornecerão uma exposição mais diversificada para capitalizar a crescente indústria de lítio e bateria.

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

Empresa de Extração Direta de Lítio

Rio Tinto

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

Rio Tinto está se expandindo rapidamente, notadamente 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.

Rio Tinto deve fornecer 25% do crescimento dos volumes de cobre global nos próximos 5 anos.

Recentemente, fez uma entrada maciça no setor de mineração de lítio, com a aquisição do gigante de lítio Arcadium Lithium, ele mesmo resultado da fusão em 2023 de grandes produtores de lítio Allkem & Livent, tornando-se o 3º maior produtor de lítio do mundo.

Source: Arcadium

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

Inovações da Arcadium

EDL

Em relação a essa aquisição, o que foi descrito como “o verdadeiro prêmio de Rio Tinto” é a tecnologia de extração direta de lítio (DLE) da Arcadium. Arcadium tem trabalhado na DLE desde 1996, em combinação com piscinas de evaporação, e recentemente fez progressos significativos para torná-la comercialmente viável como um método de extração autônomo.

Notadamente, Livent adquiriu ILiAD Technologies em 2023.

“A plataforma de tecnologia ILiAD combina um adsorvente seletivo de lítio superior com processamento de leito contínuo contracorrente”

“Livent é o maior praticante e usuário de processos de produção baseados em DLE, e estamos entusiasmados que eles tenham reconhecido as vantagens que ILiAD traz para o futuro da DLE.

Parece que a longa experiência da Arcadium com a DLE e a “ampla gama de águas salgadas carregadas de lítio sob uma ampla variedade de condições” da ILiAD foram um motivo principal para a decisão de Rio Tinto de adquirir Arcadium, além de sua baixa valorização devido à natureza cíclica dos mercados de lítio.

Enquanto a longo prazo, a extração eletroquímica de lítio pode substituir métodos baseados em adsorvente, também é provável que a experiência em DLE em escala seja paga se isso se tornar o principal método de extração de lítio no futuro.

Folha de Lítio

Arcadium também desenvolveu LIOVIX, uma forma de folha de lítio impressa que pode ser usada para melhorar o desempenho da bateria, reduzir os custos de fabricação e reduzir o uso de lítio.

Source: Arcadium

Perfil Verde da Rio Tinto

A aquisição da Arcadium colocou firmemente a Rio Tinto no campo dos inovadores da indústria de mineração após sua inovação na extração de cobre por meio de sua venture Nuton. A nova tecnologia da Nuton permite uma taxa de recuperação de cobre da mina de ore muito mais alta.

A produção de alumínio da Rio Tinto é de baixo carbono, graças à energia hidrelétrica usada para refinar a bauxita em alumina e, em seguida, alumínio.

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

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

Referência de 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}