Sfruttare le piscine geotermiche per rispondere alle nostre esigenze di litio

La caccia per sempre più litio

Con l'ascesa dei veicoli elettrici, la domanda di batterie agli ioni di litio è esplosa, così come la necessità di risorse di litio. Si prevede che questa domanda continuerà a crescere in modo esponenziale, con solo la pendenza di questa curva in discussione, a seconda della velocità di adozione dei veicoli elettrici.

Fonte: S

Ciò ha causato problemi, poiché il litio è difficile da estrarre. In passato, ciò ha causato forti oscillazioni dei prezzi, causando forti fluttuazioni dei costi di input per i produttori di batterie e veicoli elettrici.

Fonte: Credito di carbonio

Attualmente, il litio viene prodotto principalmente da rocce dure o da salamoie di acqua salata, entrambe soluzioni che richiedono un notevole consumo di energia e acqua.

Un'alternativa sarebbe quella di produrre litio da salamoie geotermiche, l'acqua che si trova nei depositi sotterranei. Questo è stato tuttavia complicato da un punto di vista tecnico.

Ciò potrebbe essere cambiato grazie al lavoro dei ricercatori della Rice University, che hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa rivista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) con il titolo “Reattore elettrochimico a tre camere per l'estrazione selettiva del litio dalla salamoia¹".

Da dove viene il litio?

Il litio costituisce solo lo 0.002% della crosta terrestre e raramente si trova in giacimenti concentrati commercialmente redditizi.

Attualmente, la maggior parte delle batterie e del litio raffinato del mondo proviene dalla Cina. Il minerale stesso viene estratto principalmente nel "triangolo del litio" (Cile, Argentina, Bolivia), in Cina e in Australia.

Fonte: Progresso nelle scienze naturali

Ciò ha portato altri paesi a cercare fonti alternative, con le salamoie sotterranee (acqua salata) come un buon candidato. Ad esempio, è stato scoperto di recente che L'Arkansas potrebbe contenere più risorse di litio nella salamoia presente accanto ai depositi di petrolio e gas di tutte le riserve di litio precedentemente note negli Stati Uniti.

Queste salamoie contengono spesso una concentrazione relativamente alta di litio. Il problema è come estrarre il litio da queste salamoie, poiché di solito contengono anche un mix complesso di altri minerali.

Poiché queste salamoie sono altamente concentrate, l'estrazione diretta del litio (DLE) viene presa in considerazione come alternativa alla grande vasca di evaporazione utilizzata finora.

Fonte: Euronews

Estrazione diretta del litio

L'estrazione diretta prende di mira gli atomi di litio attraverso un processo di estrazione selettiva. Ciò può essere ottenuto attraverso alcuni metodi diversi:

• DLE basata sull'adsorbimento, in cui il litio viene assorbito fisicamente da un materiale dedicato.
• DLE basata sullo scambio ionico, in cui il litio viene scambiato con cationi (ioni positivi).
• DLE basata sull'estrazione con solvente, in cui un solvente liquido organico assorbe e dissolve il litio dalla salamoia.

Fonte: Raccolta del litio

Estrazione elettrochimica del litio

Un'altra opzione che non è stata molto esplorata è l'estrazione elettrochimica del litio. L'idea è di usare una potente corrente elettrica per separare il litio dagli altri minerali nella salamoia.

Come abbiamo detto, queste salamoie contengono molti altri minerali con dimensioni e cariche ioniche simili, tra cui magnesio, calcio, sodio e potassio. Ciò rende difficile qualsiasi metodo basato solo sulle proprietà degli ioni, poiché è necessario farlo molte volte per selezionare completamente solo il litio.

L'alternativa potrebbe essere l'utilizzo della corrente elettrica, ma le salamoie contengono spesso molti ioni cloruro che possono trasformarsi in gas cloro estremamente tossico durante i tradizionali processi elettrochimici per isolare il litio.

Il gas cloro, noto anche come alogeno, è stato utilizzato in particolare come gas da combattimento durante la prima guerra mondiale. Tuttavia, il problema della sua produzione durante l'estrazione elettrochimica del litio ha finora impedito l'uso commerciale di questa tecnologia.

Utilizzo della tecnologia delle batterie per l'estrazione del litio

Paradossalmente, le innovazioni nella tecnologia delle batterie potrebbero aiutare a risolvere il problema dell'estrazione del litio per le stesse batterie. I ricercatori della Rice University hanno utilizzato una membrana in vetroceramica conduttiva agli ioni di litio (LICGC) di nuova concezione, una tecnologia spesso utilizzata nelle batterie ma mai applicata prima alla lavorazione del litio. LICGC è un materiale elettrolitico solido che è un buon candidato per la costruzione di batterie allo stato solido.

La membrana è molto efficace nel lasciar passare selettivamente solo gli ioni di litio, trattenendo gli ioni delle altre sostanze chimiche.

Reattore elettrochimico a 3 camere

I reattori elettrochimici tradizionali per l'estrazione del litio sono progettati attorno a due camere: la prima contiene la salamoia di destinazione e la seconda contiene il litio estratto.

Aggiungendo la membrana LICGC al centro, i ricercatori hanno creato una terza camera intermedia, in cui nella maggior parte dei casi solo il litio riesce a passare attraverso la LICGC.

"Il nostro campo ha lottato a lungo con le inefficienze e gli impatti ambientali dell'estrazione del litio. Questo reattore è una testimonianza del potere di combinare la scienza fondamentale con l'ingegnosità ingegneristica per risolvere problemi del mondo reale".

Haotian Wang, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare alla Rice.

Durante i test eseguiti dai ricercatori, il tasso di purezza del litio ha raggiunto il 97.5%. Nel frattempo, le concentrazioni di Na+ K+, Mg2+ e Ca2+ erano così basse da essere inferiori al limite di rilevamento degli strumenti dei ricercatori.

Ancora più importante, è particolarmente efficiente nel tenere lontani gli ioni cloruro, riducendo drasticamente la produzione di gas cloro. Invece di consumare molta energia e creare gas nocivi, solo il 6.4% dell'energia totale ha reagito con gli ioni cloro nel nuovo design.

 Tuttavia, alcuni problemi devono essere risolti

Durante i test, i ricercatori hanno notato un accumulo di ioni di sodio sulla membrana LICGC. Se non controllato, questo accumulo potrebbe influenzare l'efficienza del reattore nel tempo. Quindi, finché questo non verrà risolto, il reattore elettrochimico a 3 camere non sarà pronto per l'impiego su scala commerciale.

Una delle possibilità prese in considerazione per risolvere il problema sarebbe quella di pretrattare la salamoia per ridurne il contenuto di sodio.

Un'altra soluzione sarebbe quella di trovare rivestimenti di membrana specializzati per impedire in primo luogo che gli ioni sodio si attacchino.

Investire nella tecnologia del litio e delle batterie

Le batterie agli ioni di litio hanno già cambiato il mondo diverse volte, consentendo alle persone di portare ovunque dispositivi elettronici avanzati e di alimentare le auto solo con l'elettricità.

Potrebbero farlo ancora, o con altri tipi di batterie, consentendo una rete elettrica rinnovabile al 100% o consentendo l'elettrificazione degli aerei quando verrà raggiunta una densità energetica sufficientemente elevata.

Puoi investire in società legate alle batterie tramite molti broker e puoi trovare qui, su titoli.io, i nostri consigli per i migliori broker in Gli stati uniti, Canada, Australia, Regno Unito, così come molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere aziende specifiche di litio o batterie, puoi anche prendere in considerazione ETF biotech come ETF Amplify Lithium & Battery Technology (BATT), X globali ETF su litio e tecnologia delle batterie (LIT)o WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, che garantirà un'esposizione più diversificata per trarre vantaggio dalla crescita del settore del litio e delle batterie.

Oppure puoi consultare il nostro “I 10 migliori titoli minerari di metalli per batterie ed energia rinnovabile".

Società di estrazione diretta di litio

Rin Tinto

Rio Tinto è un colosso dell'industria mineraria (il secondo al mondo), con una forte presenza nell'estrazione del ferro, ma anche di rame, alluminio, oro, uranio, ecc.

Rio Tinto si sta espandendo rapidamente, in particolare con il mega progetto della miniera di ferro di Simandou in Guinea e la miniera di rame Oyu Tolgoi, il più grande progetto nella storia della Mongolia.

Si prevede che Rio Tinto fornirà il 25% dei volumi di crescita della fornitura globale di rame nei prossimi 5 anni.

Di recente ha fatto un ingresso massiccio nel settore dell'estrazione del litio, con l'acquisizione del gigante del litio Arcadium Lithium, a sua volta frutto della fusione nel 2023 dei grandi produttori di litio Allkem & Livent, diventando così il terzo produttore di litio al mondo.

Fonte: Arcadium

La fusione ha creato un'azienda in tutte le fasi di produzione e lavorazione del litio. Arcadium ha in atto piani di espansione per più che raddoppiare la capacità entro la fine del 2028

Innovazioni Arcadium

DLE

Per quanto riguarda questa acquisizione, ciò che è stato descritto come “Il vero premio di Rio Tinto" è la tecnologia di estrazione diretta del litio (DLE) di Arcadium. Arcadium lavora in realtà su DLE dal 1996, in combinazione con le libbre di evaporazionee di recente ha compiuto notevoli progressi nel renderlo commercialmente valido come metodo di estrazione autonomo.

notevole, Livent ha acquisito ILiAD Technologies nel 2023.

“La piattaforma tecnologica ILiAD combina un adsorbente selettivo al litio superiore con l'elaborazione continua del letto controcorrente”

"Livent è il principale professionista e il più grande utilizzatore al mondo di processi di produzione basati su DLE e siamo entusiasti che abbiano riconosciuto i vantaggi che ILiAD apporta al futuro del DLE.

Sembra che la pluriennale esperienza di Arcadium con DLE e la "vasta gamma di salamoie ricche di litio in un'ampia varietà di condizioni" di ILiAD siano state le ragioni principali che hanno spinto Rio Tinto ad acquisire Arcadium, oltre alla sua bassa valutazione dovuta alla natura ciclica dei mercati del litio.

Anche se a lungo termine l'estrazione elettrochimica del litio potrebbe sostituire i metodi basati sugli adsorbenti, è anche probabile che l'esperienza nell'estrazione DLE su larga scala darà comunque i suoi frutti se in futuro questo diventerà il principale metodo di estrazione del litio.

Lamina di litio

Arcadium ha anche sviluppato LIOVIX, un tipo di foglio di litio stampabile che potrebbe essere utilizzato per aumentare le prestazioni delle batterie, ridurre i costi di produzione e diminuire l'uso del litio.

Fonte: Arcadium

Il profilo verde di Rio Tinto

L'acquisizione di Arcadium ha saldamente inserito Rio Tinto nel campo degli innovatori del settore minerario dopo l'innovazione nell'estrazione del rame attraverso la sua impresa Nutella. La nuova tecnologia di Nuton consente un tasso di recupero del rame dal minerale estratto molto più elevato.

La produzione di alluminio di Rio Tinto è a basse emissioni di carbonio, grazie all'energia idroelettrica utilizzata per raffinare la bauxite in allumina e poi in alluminio.

Rio Tinto ha investito anche in altri progetti sul litio, acquisendo di recente la Progetto Ricon in Argentina e controverso progetto al litio Jadar in Serbia (potenzialmente il più grande progetto al litio in Europa).

Grazie alle recenti acquisizioni e ai nuovi progetti, Rio Tinto dovrebbe essere sempre più considerata un'azienda estrattiva di ferro, con un profilo sempre più green e una forte crescita in tutti i metalli richiesti dalla transizione energetica, in particolare rame, alluminio a basse emissioni di carbonio e litio.

Riferimento di studio:

^{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). Reattore elettrochimico a tre camere per l'estrazione selettiva del litio dalla salamoia. Atti della National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}