Exploiter les réserves géothermiques pour répondre à nos besoins en lithium

La chasse au lithium toujours plus riche

Avec l’essor des véhicules électriques, la demande de batteries lithium-ion a explosé, tout comme le besoin en ressources de lithium. Cette demande devrait continuer à croître de manière exponentielle, seule la pente de cette courbe étant en cause, en fonction de la vitesse d’adoption des véhicules électriques.

Source: Statesman

Cette situation a entraîné des problèmes, car le lithium est difficile à extraire. Par le passé, cela a entraîné des variations de prix importantes, entraînant de fortes fluctuations des coûts de production pour les fabricants de batteries et de véhicules électriques.

Source: Crédit carbone

Actuellement, le lithium est principalement produit à partir de roches dures ou de saumures d’eau salée, deux procédés qui nécessitent une consommation importante d’énergie ou d’eau.

Une autre solution serait de produire du lithium à partir de saumures géothermiques, c'est-à-dire de l'eau présente dans les gisements souterrains. Cette solution s'avère toutefois techniquement complexe.

Cela a peut-être changé grâce au travail des chercheurs de l'Université Rice, qui ont publié leurs résultats dans la prestigieuse publication PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) sous le titre «Réacteur électrochimique à trois chambres pour l'extraction sélective du lithium à partir de saumure¹ ».

D’où vient le lithium ?

Le lithium ne représente que 0.002 % de la croûte terrestre et se trouve rarement dans des gisements concentrés commercialement viables.

Actuellement, la plupart des batteries et du lithium raffiné du monde proviennent de Chine. Le minerai lui-même est principalement extrait dans le « triangle du lithium » (Chili, Argentine, Bolivie), en Chine et en Australie.

Source: Progrès dans les sciences naturelles

Cela a conduit d'autres pays à rechercher des sources alternatives, les saumures souterraines (eau salée) étant un bon candidat. Par exemple, il a récemment été découvert que L'Arkansas pourrait contenir plus de ressources en lithium dans la saumure présente à proximité des gisements de pétrole et de gaz que toutes les réserves de lithium précédemment connues aux États-Unis.

Ces saumures contiennent souvent une concentration relativement élevée de lithium. La question est de savoir comment extraire le lithium de ces saumures, car elles contiennent généralement également un mélange complexe d'autres minéraux.

Étant donné que ces saumures sont très concentrées, l’extraction directe du lithium (DLE) est envisagée comme une alternative au grand bassin d’évaporation utilisé jusqu’à présent.

Source: Euronews

Extraction directe du lithium

L'extraction directe cible les atomes de lithium grâce à un processus d'extraction sélectif. Ceci peut être réalisé à travers quelques méthodes différentes:

• DLE basé sur l'adsorption, où le lithium est physiquement absorbé par un matériau dédié.
• DLE basé sur l'échange d'ions, où le lithium est échangé contre des cations (ions positifs).
• DLE basé sur l'extraction par solvant, où un solvant liquide organique absorbe et dissout le lithium de la saumure.

Source: Récolte du lithium

Extraction électrochimique du lithium

Une autre option encore peu explorée est l’extraction électrochimique du lithium. L’idée est d’utiliser un courant électrique puissant pour séparer le lithium des autres minéraux présents dans la saumure.

Comme nous l'avons dit, ces saumures contiennent de nombreux autres minéraux ayant des tailles et des charges ioniques similaires, notamment du magnésium, du calcium, du sodium et du potassium. Cela rend toute méthode basée uniquement sur les propriétés des ions difficile, car il faut le faire plusieurs fois pour sélectionner complètement uniquement le lithium.

L’alternative pourrait être d’utiliser du courant électrique, mais les saumures contiennent souvent beaucoup d’ions chlorure qui peuvent se transformer en gaz chlore extrêmement toxique lors des processus électrochimiques traditionnels visant à isoler le lithium.

Le gaz chlore, également appelé halogène, a notamment été utilisé comme gaz de combat pendant la Première Guerre mondiale. Cependant, le problème de sa production lors de l'extraction électrochimique du lithium a jusqu'à présent bloqué l'utilisation commerciale de cette technologie.

Utilisation de la technologie des batteries pour l'extraction du lithium

Paradoxalement, les innovations dans la technologie des batteries pourraient contribuer à résoudre le problème de l’extraction du lithium pour ces mêmes batteries. Les chercheurs de l’Université Rice ont utilisé une nouvelle membrane en céramique de verre conductrice lithium-ion (LICGC), une technologie souvent utilisée dans les batteries mais jamais appliquée auparavant au traitement du lithium. La LICGC est un matériau électrolyte solide qui est un bon candidat pour la construction de batteries à l’état solide.

La membrane est très efficace pour laisser passer sélectivement uniquement les ions lithium tout en retenant les ions des autres produits chimiques.

Réacteur électrochimique à 3 chambres

Les réacteurs électrochimiques traditionnels pour l'extraction du lithium sont conçus autour de 2 chambres : la première contient la saumure ciblée, et la seconde contient le lithium extrait.

En ajoutant la membrane LICGC au milieu, les chercheurs ont créé une troisième chambre intermédiaire, où seul le lithium peut passer à travers le LICGC.

« Notre secteur est depuis longtemps confronté aux problèmes d’inefficacité et d’impact environnemental de l’extraction du lithium. Ce réacteur témoigne de la puissance de la combinaison de la science fondamentale et de l’ingéniosité de l’ingénierie pour résoudre des problèmes concrets. »

Haotian Wang, professeur associé Rice d'ingénierie chimique et biomoléculaire.

Lors des tests effectués par les chercheurs, le taux de pureté du lithium a atteint 97.5 %. En revanche, les concentrations de Na+ K+, Mg2+ et Ca2+ étaient si faibles qu'elles tombaient en dessous de la limite de détection des instruments des chercheurs.

Plus important encore, il est particulièrement efficace pour éloigner les ions chlorure, réduisant ainsi considérablement la production de chlore gazeux. Au lieu de consommer beaucoup d'énergie et de créer des gaz nocifs, seulement 6.4 % de l'énergie totale a réagi avec les ions chlore dans la nouvelle conception.

 Certains problèmes doivent néanmoins être résolus

Au cours de leurs tests, les chercheurs ont constaté une accumulation d’ions sodium sur la membrane du LICGC. Si elle n’est pas contrôlée, cette accumulation pourrait affecter l’efficacité du réacteur au fil du temps. Tant que ce problème n’est pas résolu, le réacteur électrochimique à 3 chambres ne sera pas prêt pour un déploiement à l’échelle commerciale.

L’une des possibilités envisagées pour résoudre le problème serait de prétraiter la saumure pour réduire la teneur en sodium.

Une autre solution serait de trouver des revêtements de membrane spécialisés pour empêcher les ions sodium de se fixer en premier lieu.

Investir dans la technologie du lithium et des batteries

Les batteries lithium-ion ont déjà changé le monde à plusieurs reprises, en permettant aux gens de transporter partout des appareils électroniques de pointe ou en alimentant les voitures uniquement à l'électricité.

Ils pourraient encore le faire, ou d’autres types de batteries, en permettant un réseau électrique 100 % renouvelable ou en permettant l’électrification des avions lorsqu’une densité énergétique suffisamment élevée sera atteinte.

Vous pouvez investir dans des sociétés liées aux batteries par l'intermédiaire de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur Securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers en Etats-Unis, Canada, Australie, au Royaume-Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous n'êtes pas intéressé par le choix d'entreprises spécifiques de lithium ou de batteries, vous pouvez également vous intéresser aux ETF biotechnologiques tels que Amplify ETF sur la technologie du lithium et des batteries (BATT), Global X ETF sur la technologie du lithium et des batteries (LIT)ou de la ETF WisdomTree Battery Solutions UCITS, ce qui offrira une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur l'industrie croissante du lithium et des batteries.

Ou vous pouvez consulter notre «Top 10 des stocks de métaux pour batteries et d’énergies renouvelables ».

Société d'extraction directe de lithium

Rin Tinto

Rio Tinto est un géant de l'industrie minière (le deuxième plus grand au monde), avec une forte présence dans l'extraction du fer, ainsi que du cuivre, de l'aluminium, de l'or, de l'uranium, etc.

Rio Tinto connaît une croissance rapide, notamment avec le projet de méga mine de fer de Simandou en Guinée et la mine de cuivre d'Oyu Tolgoi, le plus grand projet de l'histoire de la Mongolie.

Rio Tinto devrait fournir 25 % de la croissance des volumes de l'offre mondiale de cuivre au cours des cinq prochaines années.

Elle a récemment fait une entrée massive dans le secteur minier du lithium, avec l'acquisition du géant du lithium Arcadium Lithium, lui-même issu de la fusion en 2023 des grands producteurs de lithium Allkem & Livent, ce qui en fait le 3e producteur mondial de lithium.

Source: arcade

La fusion a donné naissance à une entreprise couvrant toutes les étapes de production et de traitement du lithium. Arcadium a mis en place des plans d'expansion visant à plus que doubler sa capacité d'ici fin 2028

Innovations Arcadium

DLE

Concernant cette acquisition, ce qui a été décrit comme «Le véritable prix de Rio Tinto« est la technologie d'extraction directe du lithium (DLE) d'Arcadium. Arcadium travaille en fait sur le DLE depuis 1996, en combinaison avec des livres d'évaporation, et a récemment réalisé des progrès significatifs pour le rendre commercialement viable en tant que méthode d’extraction autonome.

notable, Livent a acquis ILiAD Technologies en 2023.

« La plate-forme technologique ILiAD combine un adsorbant sélectif au lithium de qualité supérieure avec un traitement en lit à contre-courant continu »

« Livent est le plus grand praticien et le plus grand utilisateur mondial de processus de production basés sur DLE, et nous sommes ravis qu'ils aient reconnu les avantages qu'ILiAD apporte à l'avenir du DLE.

Il semble que l'expertise à long terme d'Arcadium en matière de DLE et la « vaste gamme de saumures chargées de lithium dans une grande variété de conditions » d'ILiAD aient été une des principales raisons de la décision de Rio Tinto d'acquérir Arcadium, en plus de sa faible valorisation due à la nature cyclique des marchés du lithium.

Bien qu’à long terme, l’extraction électrochimique du lithium puisse remplacer les méthodes basées sur des adsorbants, il est également probable que l’expérience en matière d’extraction électrochimique du lithium à grande échelle sera de toute façon payante si celle-ci devient la principale méthode d’extraction du lithium à l’avenir.

Feuille de lithium

Arcadium a également développé LIOVIX, une forme de feuille de lithium imprimable qui pourrait être utilisée pour améliorer les performances des batteries, réduire les coûts de fabrication et réduire l'utilisation du lithium.

Source: arcade

Le profil vert de Rio Tinto

L'acquisition d'Arcadium a fermement placé Rio Tinto dans le camp des innovateurs de l'industrie minière après son innovation dans l'extraction du cuivre grâce à sa coentreprise Noix. La nouvelle technologie de Nuton permet un taux de récupération de cuivre beaucoup plus élevé à partir du minerai extrait.

La production d'aluminium de Rio Tinto est à faible émission de carbone, grâce à l’énergie hydraulique utilisée pour raffiner la bauxite en alumine puis en aluminium.

Rio Tinto a également investi dans d’autres projets de lithium, en acquérant récemment Projet Ricon en Argentine et de la Projet controversé de lithium Jadar en Serbie (potentiellement le plus grand projet de lithium en Europe).

Du fait de ses récentes acquisitions et de ses nouveaux projets, Rio Tinto devrait de plus en plus être perçu comme un mineur de fer dans l’âme, avec un profil de plus en plus vert et une forte croissance dans tous les métaux requis par la transition énergétique, notamment le cuivre, l’aluminium à faible teneur en carbone et le lithium.

Référence de l'étude :

^{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, SL (2024). Réacteur électrochimique à trois chambres pour l'extraction sélective du lithium à partir de saumure. Actes de l'Académie nationale des sciences, 121(47), EX2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}