Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos anunció recientemente un nuevo proceso que se espera reduzca significativamente el consumo de energía y el costo de extraer litio de la roca dura. Se cree que puede cambiar la contabilidad económica de las baterías de vehículos eléctricos. Una investigación relevante, publicada en la revista Science, se centra en cómo reducir el consumo de energía y las emisiones de desechos al procesar minerales de roca dura que contienen litio.
En la actualidad, una razón clave por la que las baterías de iones de litio dominan el mercado de las baterías es que su cadena de suministro es a gran escala y su sistema está maduro, lo que forma una red global de suministro de litio altamente eficiente, lo que dificulta que las tecnologías alternativas compitan en costos. Sin embargo, esta ventaja depende en gran medida del suministro estable de recursos de litio baratos, y los recursos actuales de litio de menor costo provienen principalmente de depósitos de salmuera de lagos salados concentrados en América del Sur. Aunque el litio no es escaso en términos de abundancia en la corteza terrestre, las fuentes de mineral de alta calidad que sean fáciles de extraer y de bajo costo no abundan.
En este contexto, la gente sigue centrándose en un mineral que contiene litio llamado espodumeno, que es el recurso de litio de roca dura más abundante del mundo. Sin embargo, la tecnología tradicional de procesamiento de espodumena es costosa: el mineral debe calentarse a unos 1.000 grados Celsius y luego lixiviarse con ácido sulfúrico para extraer el litio. Aunque este proceso es maduro y fiable, conlleva un enorme consumo de energía y produce una gran cantidad de residuos que contienen azufre.
El nuevo enfoque propuesto por el MIT y sus colaboradores toma un camino muy diferente. En lugar de comenzar con un tostado a alta temperatura, el proceso utiliza una solución de fluoruro de amonio calentada a unos 70 grados Celsius para romper la estructura mineral. En este proceso, el mineral se separa en tres corrientes de materiales: litio, silicio y aluminio: el litio se disuelve en la solución en forma de fluoruro de litio, el silicio forma un compuesto soluble y el aluminio se convierte en un producto intermedio sólido para facilitar el procesamiento.
En los pasos posteriores, el tratamiento del aluminio es el eslabón del proceso que consume más energía y requiere un calentamiento por etapas, primero a unos 300 grados Celsius y luego a unos 700 grados Celsius, para finalmente producir alúmina con una pureza de más del 98%. En comparación, el tratamiento del silicio es relativamente sencillo: añadiendo amoníaco, los compuestos de silicio de la solución se convierten en precipitados de sílice, que son fáciles de separar. El equipo de investigación observó que estas sílices podrían usarse como aditivos para el concreto, lo que podría ayudar a compensar parcialmente los costos de procesamiento.
El litio siempre permanece en solución como fluoruro de litio. De esta forma, se puede utilizar directamente como precursor del material electrolítico hexafluorofosfato de litio, o se puede convertir aún más en nitrato de litio y luego prepararlo en óxido de litio para ingresar al proceso tradicional de producción de material para baterías. Esto proporciona múltiples opciones de ruta para conectar el nuevo proceso con la cadena industrial de baterías de litio existente.
Una característica importante del nuevo proceso es la gestión en "circuito cerrado" de su propio sistema de reacción. Durante el proceso de reacción de varios pasos se generarán sustancias como amoníaco y fluoruro de hidrógeno; en lugar de tratarlos como desechos, el equipo de investigación diseñó un enlace de reciclaje para resintetizarlos en fluoruro de amonio para participar nuevamente en el procesamiento inicial. Este diseño de circuito cerrado ayuda a reducir las pérdidas de reactivos y las emisiones de desechos, pero también significa que se requiere una gestión de seguridad estricta del fluoruro de hidrógeno altamente corrosivo y tóxico.
Desde un punto de vista económico, los cálculos proporcionados por el equipo de investigación muestran que el costo del procesamiento tradicional de espodumena es ligeramente inferior a 9.000 dólares por tonelada de litio, mientras que se espera que el nuevo proceso reduzca el costo a más de 5.000 dólares por tonelada, lo que se acerca aproximadamente al nivel de costo de la extracción de litio a partir de recursos de salmuera de alta calidad. Si los subproductos de aluminio y silicio pueden ingresar con éxito al mercado y monetizarse, hay margen para una mayor reducción de los costos generales.
Sin embargo, los investigadores también enfatizaron que todavía existen múltiples incertidumbres entre las mediciones de laboratorio y las operaciones reales de la fábrica. Los costos reales dependerán de factores como la ley del mineral, las fluctuaciones de los precios del mercado y la inversión de capital requerida para construir o modificar las instalaciones de producción para el nuevo proceso. A pesar de esto, este trabajo todavía se considera una idea nueva en el tema del suministro de litio. No solo se centra en las fuentes geográficas de los recursos de litio, sino que también intenta optimizar los modelos de utilización de energía y recuperación de recursos a partir del propio proceso de extracción.