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Investigadores de la Universidad de Penn State han desarrollado una forma más eficiente de extraer litio, un componente clave en las baterías utilizadas en vehículos y dispositivos eléctricos portátiles.
El proceso, aplicado con una corriente eléctrica y peróxido de hidrógeno, podría facilitar una reducción del 35.6% en el coste y una reducción del 75.3% en las emisiones de CO2 en comparación con los métodos de extracción tradicionales, menos sostenibles, según el equipo dirigido por Feifei Shi, profesor adjunto de ingeniería energética.
Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Nature Communications.
Hay dos formas comunes de extraer litio: a través de grandes lagos de salmuera o del mineral de litio enterrado en formaciones rocosas. Actualmente, el 70% del litio se extrae a través de salmueras debido a su bajo costo, pero ambas tienen efectos adversos sustanciales, según los investigadores.
El método de salmuera puede llevar muchos meses y generalmente implica evaporar grandes lagos de una solución salina altamente concentrada y separar químicamente la sal de litio del sodio. Una vez que la solución se evapora completamente, el suelo restante se vuelve casi estéril y no puede soportar mucha vida vegetal, según Zhang.
El otro método tradicional es lixiviar el litio del mineral, lo que requiere ácidos o bases fuertes y temperaturas extremas de hasta 1.100 grados Celsius. A temperaturas elevadas, la densidad atómica de la espodumena se reduce, por lo que el ácido puede facilitar las reacciones químicas necesarias para reemplazar los iones de litio por iones de hidrógeno, liberando el litio para su extracción. Mantener esa temperatura a escala comercial requiere un consumo sustancial de energía, mientras que la necesidad de ácido altamente concentrado agrega costos adicionales y riesgos de seguridad, según los investigadores.
“En primer lugar, pensemos en la infraestructura pesada que se requiere para soportar ese calor a diario; es costosa y supone un peligro potencial para los trabajadores”, afirmó Shi en un comunicado. “En segundo lugar, no podemos comprometer nuestro medio ambiente solo para producir litio. El potencial de una forma más sostenible de crear vehículos eléctricos podría actuar como multiplicador y ayudarnos a lograr emisiones netas cero”.
El novedoso método del equipo de investigación aplica el campo eléctrico al mineral para lixiviar o disolver electroquímicamente los recursos de litio en estado sólido en una forma líquida soluble. En comparación con los métodos de lixiviación tradicionales, la disolución de iones mediante electroquímica no requiere temperaturas elevadas, alta presión o alta concentración de agente lixiviante para cambiar el estado natural del mineral.
En los primeros ensayos, la corriente excitó electrones en el mineral, lo que liberó algunos iones de litio, pero no lo suficiente como para escalar el enfoque para una aplicación comercial optimizada. Shi recomendó utilizar peróxido de hidrógeno para promover la lixiviación, lo que reduciría las barreras de la reacción de lixiviación y facilitaría un transporte más eficiente de electrones.
MENOR TIEMPO DE PROCESAMIENTO
En sus estudios, los investigadores observaron una eficacia del 92,2%, comparable a la de los métodos tradicionales. Sin embargo, su método requiere menos tiempo de procesamiento, ya que el mediador no agrega impurezas que requieran una separación adicional.
“Para extraer litio de la salmuera es necesario esperar a que el agua se evapore lentamente, no se puede controlar la velocidad con la que se produce la sal y solo se puede generar más aumentando la superficie, por lo que hay más estanques de sal y más efectos adversos“, dijo Shi. “Sin embargo, con nuestro método podemos añadir tanta espodumena como queramos y simplemente aumentar la corriente eléctrica para generar, o acelerar, la reacción de lixiviación”.
Zhen Lei, profesor de economía energética y ambiental en Penn State y coautor del estudio, destacó la posible reducción de costos y emisiones de carbono en comparación con los métodos actuales.
“Un factor clave para el ahorro de costes y la reducción de emisiones es que nuestro método utiliza sólo electricidad y de manera muy eficiente, a diferencia del método existente que utiliza tanto electricidad como gas natural como insumo energético“, dijo Lei. “Otro factor clave para el ahorro de costes es que nuestro método implica muchos menos productos químicos. Si nuestro método puede funcionar bien en la extracción de litio a gran escala, tiene un gran potencial para reducir la huella ambiental”.
Para Zhang, el siguiente paso es desarrollar un método electroquímico para recuperar selectivamente el litio en precursores sólidos como el cloruro de litio o el hidróxido de litio que la industria pueda utilizar directamente.