Trovato un modo più rapido e pulito per estrarre il litio che alimenterà la rivoluzione dei veicoli elettrici.

Ora, i ricercatori della Columbia Engineering hanno sviluppato una nuova tecnica di estrazione del litio che potrebbe accelerare la produzione, ridurre l’inquinamento e sfruttare riserve a cui le tecnologie esistenti faticano ad accedere.

I loro risultati, pubblicati sulla rivista Joule , descrivono un processo chiamato estrazione selettiva con solvente commutabile, o S3E (pronunciato S tre E). Il metodo utilizza un solvente termosensibile per estrarre il litio direttamente dalle salamoie sotterranee, anche quando le concentrazioni di litio sono basse o mescolate con altri minerali difficili da separare.

Nuovo metodo di estrazione del litio che mostra un’elevata selettività

Secondo il team di ricerca, S3E ha dimostrato una selettività impressionante durante i test. Il sistema ha estratto il litio a velocità fino a 10 volte superiori rispetto al sodio e 12 volte superiori rispetto al potassio. Ha inoltre rimosso il magnesio, uno dei contaminanti più comuni nelle salamoie di litio, attraverso una fase di precipitazione chimica che separa il materiale indesiderato.

A differenza di molti sistemi di estrazione diretta del litio attualmente in uso, S3E non si basa su leganti chimici specializzati o su complesse fasi di post-elaborazione. Si fonda invece sul modo unico in cui gli ioni di litio interagiscono con le molecole d’acqua all’interno di un solvente il cui comportamento varia in base alla temperatura.

A temperatura ambiente, il solvente assorbe litio e acqua dalla salamoia. Una volta riscaldato, il sistema rilascia litio e acqua purificati, rigenerando al contempo il solvente in modo che possa essere riutilizzato ripetutamente.

Perché l’attuale produzione di litio rappresenta un problema

Circa il 40% della fornitura mondiale di litio proviene da salamoie sotterranee ricche di sale, situate sotto regioni desertiche. La maggior parte dei produttori si affida all’evaporazione solare, un processo che consiste nel pompare la salamoia in enormi bacini all’aperto e lasciarla esposta al sole per mesi o addirittura anni, fino a quando non evapora una quantità sufficiente di acqua.

Questo approccio dipende fortemente da climi aridi, terreni pianeggianti e vaste distese di terra, il che lo rende praticabile solo in luoghi selezionati come il deserto di Atacama in Cile e alcune zone del Nevada. Richiede inoltre un notevole consumo di acqua in regioni già soggette a scarsità idrica.

“Non c’è modo che la sola evaporazione solare possa soddisfare la domanda futura”, ha affermato Ngai Yin Yip, professore associato di ingegneria ambientale e della Terra presso la Columbia University. “E ci sono promettenti salamoie ricche di litio, come quelle del Salton Sea in California, dove questo metodo è semplicemente inutilizzabile.”

Il litio estratto dal Salton Sea potrebbe alimentare milioni di batterie per veicoli elettrici.

Per testare il sistema, i ricercatori hanno utilizzato salamoie sintetiche progettate per simulare le condizioni del Salton Sea in California, una regione geotermica che si ritiene contenga litio a sufficienza per alimentare oltre 375 milioni di batterie per veicoli elettrici.

Dopo quattro cicli di estrazione utilizzando lo stesso lotto di solvente, il team ha recuperato quasi il 40% del litio. I risultati suggeriscono che la tecnologia potrebbe in futuro supportare un funzionamento continuo su larga scala.

“Questo è un nuovo metodo per l’estrazione diretta del litio”, ha affermato Yip. “È veloce, selettivo e facilmente scalabile. Inoltre, può essere alimentato da calore a bassa temperatura proveniente da fonti di scarto o da collettori solari.”

I ricercatori hanno sottolineato che il progetto è ancora nella fase di verifica del concetto e non è stato ancora completamente ottimizzato in termini di efficienza o massimo recupero di litio. Ciononostante, ritengono che il sistema S3E potrebbe diventare una valida alternativa ai bacini di evaporazione e all’estrazione mineraria in roccia dura, che attualmente dominano la produzione globale di litio nonostante i loro svantaggi ambientali.

Produzione di litio più pulita per la transizione verso l’energia pulita

Poiché la domanda di batterie continua ad aumentare a livello globale, le tecnologie di estrazione del litio più pulite potrebbero diventare sempre più importanti per la transizione verso l’energia pulita.

“Parliamo continuamente di energia verde”, ha affermato Yip. “Ma raramente parliamo di quanto siano inquinanti alcune delle filiere di approvvigionamento. Se vogliamo una transizione veramente sostenibile, abbiamo bisogno di metodi più puliti per ottenere i materiali da cui dipende. Questo è un passo in quella direzione.”

Riepilogo

Questo studio presenta una prova di concetto per l’estrazione selettiva del solvente commutabile (S ³ E) per l’estrazione diretta del litio dalle salamoie. S ³ E utilizza un solvente amminico con idrofilia termicamente commutabile per estrarre Li ⁺ e acqua dalla salamoia, e una modesta variazione di temperatura fa sì che il solvente passi al suo stato idrofobico, rilasciando un flusso di prodotto di litio purificato e rigenerando il solvente. ³ E ha dimostrato una preferenza costante per il litio attraverso ammine con diverse strutture chimiche, raggiungendo Li ⁺ /Quello ⁺ selettività elevate fino a ≈10. La selettività per il litio è stata mantenuta anche quando sfidato con Li ⁺ concentrazioni 1.000 volte inferiori a Na ⁺ o K ⁺ , mentre Li ⁺ /Quello ⁺ e Li ⁺ /K ⁺ le selettività per una salamoia geotermica simulata del Salton Sea sono rispettivamente ≈13 e ≈24, con il magnesio completamente rimosso come precipitato di Mg(OH) ₂ a causa della basicità del solvente amminico. Inoltre, cicli ripetuti di estrazione semibatch riutilizzando il solvente hanno dimostrato la praticabilità del Li ⁺ rese di recupero (40% dopo quattro cicli) e rigenerabilità del solvente, preservando al contempo la selettività.