Según una investigación publicada en la revista Nature Communications, mediante una corriente eléctrica y peróxido de hidrógeno, científicos desarrollaron una manera más efectiva de extraer litio directamente del mineral que se encuentra en el espodumeno.

De acuerdo al equipo que lidera Feifei Shi, profesora adjunta de ingeniería energética en Penn State, este método es capaz de reducir el 35,6% en el costo y un 75,3% en las emisiones de CO2, en contraste con la extracción tradicional que en la práctica es menos sostenible.

Formas de extracción

Hay dos caminos para extraer litio, uno es a través de grandes piscinas de salmuera y otro a partir de mineral de litio enterrado en formaciones rocosas. En la actualidad, el 70% del litio se extrae mediante el primer método, ya que significa un bajo costo, sin embargo, ambas maneras producen efectos adversos.

El método de la salmuera implica meses de trabajo, además, evapora grandes lagos de una solución de sal altamente concentrada y separa químicamente la sal de litio de la del sodio. Cuando la solución se evapora totalmente, el suelo restante se vuelve casi estéril y no puede soportar mucha vida vegetal.

El procedimiento tradicional consiste en la lixiviación (proceso de extraer una sustancia de un material sólido, después de haber estado en contacto con un líquido) del litio del mineral, esto requiere ácidos o bases fuertes y temperaturas extremas de hasta 1.100°C.

A temperaturas elevadas, la densidad atómica de la espodumena se reduce, por lo que el ácido puede facilitar las reacciones químicas que son necesarias para reemplazar los iones de litio por iones de hidrógeno, liberando el litio para su extracción.

Mantener esa temperatura exige un consumo importante de energía, mientras que la necesidad de ácido altamente concentrado añade costos adicionales y riesgos de seguridad.

“En primer lugar, basta pensar en la infraestructura pesada requerida para soportar ese calor a diario; es costosa y un peligro potencial para los trabajadores”, afirma Shi. “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”.

Un nuevo método

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 y convertirlos en una forma líquida soluble. En comparación con los métodos de lixiviación tradicionales, la disolución de los 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 los electrones del 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 permitiría un transporte más eficiente de los electrones.

En los estudios se observó una eficiencia del 92,2%, comparable a los métodos tradicionales. Sin embargo, este requiere menos tiempo de procesamiento, ya que el mediador no agrega impurezas que necesiten 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, lo que produce más estanques de sal y más efectos adversos”, dice Shi. “Sin embargo, con nuestro método, podemos agregar tanta espodumena como queramos y simplemente aumentar la corriente eléctrica para generar o acelerar la reacción de lixiviación”.

Menos emisiones

Zhen Lei, profesor de economía energética y ambiental y coautor del estudio, recalcó 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 implica únicamente electricidad y de forma muy eficiente, a diferencia del método existente, que utiliza tanto electricidad como gas natural como insumo energético”, afirmó Lei.

“Otro factor clave para el ahorro de costes es que nuestro método implica muchos menos productos químicos. Si puede funcionar bien en la extracción de litio a gran escala, tiene un gran potencial para reducir la huella ambiental”, añadió.

Para Zhang, el siguiente paso es desarrollar un método electroquímico para recuperar selectivamente el litio en precursores sólidos como cloruro de litio o hidróxido de litio que la industria pueda utilizar directamente.

“La lixiviación es solo el primer capítulo”, dijo Zhang. “Extrajimos litio de los minerales al agua, ahora necesitamos desarrollarlo en fase sólida para completar la historia”.

“Realmente creemos que esto es una revolución”, manifestó Shi. “La electroquímica abrirá la puerta a muchas investigaciones interesantes e interdisciplinarias en torno a la minería o el procesamiento de minerales”.