Un nuovo approccio per estrarre litio dalle salamoie
Il mondo ha bisogno di litio (Li). Trainata dal crescente mercato delle batterie, la domanda mondiale per questo materiale critico sta aumentando in maniera pressoché costante. Peccato che le forniture globali fatichino a soddisfare la richiesta a causa di processi di approvvigionamento lenti, costosi e non sostenibili dal punto di vista ambientale. In aiuto arriva una nuova ricerca che mostra come estrarre litio dalle salamoie dimezzando gli attuali costi di mercato. E tendendo una mano alla tutela ambientale.
“I vantaggi in termini di efficienza e costi insiti nel nostro approccio lo rendono un’alternativa promettente alle attuali tecniche di estrazione e un potenziale punto di svolta per la filiera del litio“, ha affermato Yi Cui, autore principale dello studio e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la School of Engineering di Stanford.
Cui e colleghi ritengono che il loro approccio possa costare tra 3.500 e 4.400 dollari per tonnellata di idrossido di litio ad alta purezza ottenuto, contro i circa 9.100 dollari della tecnologia più diffusa sul mercato. Ma per capirne la portata è necessario fare qualche passo indietro.
Come viene estratto il litio
Il litio elementare, a causa della sua estrema reattività, non si trova mai in natura. Si presenta invece come costituente di sali o altri composti stabili, come il carbonato di litio, reperibili in depositi o giacimenti. I siti principali? Le miniere e le salamoie che si trovano sotto le saline. Peccato che le prime scarseggino (si trovano per lo più in Australia) mentre le seconde risultino decisamente più problematiche da sfruttare.
Come mai? Sebbene sulla carta il recupero del litio dalla salamoia sia un processo semplice, nella pratica è estremamente lungo e costoso. È necessario perforare il suolo in profondità per accedere ai depositi sotterranei di salamoia, e il fluido deve essere pompato in superficie e distribuito in bacini di evaporazione dove rimane per un periodo di mesi o addirittura anni. Una volta raggiunta la concentrazione giusta, viene raccolto e raffinato tramite una serie di trattamenti chimici e filtrazioni fino ad ottenere carbonato di Litio. La soluzione salina rimanente viene invece restituita al serbatoio sotterraneo. Questo metodo è fortemente dipendente da condizioni climatiche specifiche che limitano il numero di laghi salati commercialmente praticabili.
A onore del vero esistono anche altri processi di estrazione che sfruttano l’acqua di mare, le salamoie geotermiche o le acque recuperate dai giacimenti petroliferi, fonti preziose ma su cui la tecnologia deve ancora maturare.
Elettrodialisi redox-couple per realizzare un’estrazione sostenibile del Li
La ricerca condotta da alcuni scienziati di Stanford cerca di risolvere il problema aprendo una “nuova” via. Il lavoro si focalizza sulle tecniche di estrazione diretta di Li (DLE per usare l’acronimo inglese) basate processi elettrochimici, approccio sempre più apprezzato nel campo grazie alla compatibilità ambientale, ad una elevata efficienza, alla semplicità procedurale e alla adattabilità alle energie rinnovabili.
Nel dettaglio il gruppo guidato dal professor Cui ha sfruttato l’elettrodialisi a coppia redox (RCE) per riuscire ad estrarre in maniera sostenibile il Lito da salamoie petrolifere e di saline. Il processo utilizza l’elettricità per spostare il litio dall’acqua con una bassa concentrazione a una soluzione più concentrata e ad alta purezza attraverso una membrana elettrolitica allo stato solido. Ciò avviene grazie al passaggio in una serie di celle, ciascuna delle quali aumenta la concentrazione di litio fino a un punto in cui diventa facile isolare il metallo.
In una dimostrazione di laboratorio il gruppo ha effettuato un’estrazione continua di Li dalla salamoia per oltre 100 ore, con una bassa tensione di esercizio di 0,25 V, un’efficienza faradica dell’88,87% e una selettività del Li di 0,9954. L’approccio RCE ha mostrato di aver bisogno di meno del 10% dell’elettricità richiesta dall’attuale tecnologia di estrazione, pur avendo una selettività al litio di quasi il 100%.
Estrarre litio dalle salamoie in maniera economica
Anche la scalabilità del metodo è promettente. Negli esperimenti in cui la scala del dispositivo è stata aumentata di quattro volte, il processo ha continuato a funzionare bene, mantenendo alte le prestazioni.
“Ciò suggerisce che l’estrazione con RCE potrebbe essere applicata su scala industriale, rendendolo un’alternativa praticabile alle attuali tecnologie”, ha affermato Cui.
Lo studio include anche una breve analisi tecnico-economica evidenziando la convenienza del nuovo processo grazie a minori costi di capitale, l’eliminazione dei grandi bacini di evaporazione solare, l’uso di una quantità significativamente inferiore di elettricità, acqua e agenti chimici.
La ricerca del team è pubblicata sulla rivista Matter.
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