El litio, este metal blanco plateado, se ha convertido en el elemento vital del mundo moderno, impulsando todo, desde teléfonos inteligentes hasta coches eléctricos. Pero a medida que la demanda de litio se dispara, la carrera por conseguirlo se ha vuelto cada vez más tensa.
El preciado litio se extrae mediante la minería de minerales de roca, lo cual es costoso, lento y perjudicial para el medio ambiente. Pero, sorprendentemente, la mayor parte de la extracción de litio se basa en la evaporación de salmuera en enormes estanques bajo el sol durante un año o más. El proceso deja una solución rica en litio. Sin embargo, se requiere el uso intensivo de productos químicos potencialmente tóxicos para completar el proceso. Ahora, investigadores del Imperial College de Londres han presentado una nueva tecnología que podría cambiar el modo en que extraemos litio de las aguas saladas de lagos y fuentes geotermales.
Los investigadores han diseñado una membrana polimérica con poros diminutos y precisos en forma de reloj de arena que puede filtrar selectivamente iones de litio de soluciones salinas complejas. Estas soluciones saladas son ricas en litio, pero también contienen otros iones como sodio, potasio y magnesio. Los métodos tradicionales de extracción de litio presentaban dificultades para separar estos iones de forma eficiente.
Una forma más rápida y limpia de extraer litio
La extracción tradicional de litio de la salmuera es un proceso lento que consume muchos recursos. Implica bombear salmuera a enormes estanques de evaporación, donde puede tardar meses, o incluso años, en evaporarse el agua y concentrarse el litio. El proceso consume grandes cantidades de agua y productos químicos, y genera emisiones de gases de efecto invernadero.
La nueva tecnología de membrana promete un funcionamiento más económico y una menor contaminación. Fabricada con materiales conocidos como polímeros de microporosidad intrínseca (PIM), la membrana contiene poros de tamaño subnanómetro que actúan como tamices moleculares. Estos poros están revestidos con grupos funcionales hidrófilos, o que atraen el agua, que ayudan a guiar los iones de litio a través de la membrana, bloqueando a la vez los iones más grandes.
En experimentos, la membrana dejó pasar 200 iones de litio por cada ion de magnesio. Este rendimiento supera a la mayoría de los materiales de membrana existentes, que a menudo tienen dificultades para alcanzar una selectividad de incluso 10 a 1.
Al integrarse en un dispositivo de electrodiálisis, la membrana utiliza una corriente eléctrica para extraer iones de litio a través de sus poros, dejando atrás el magnesio y otras impurezas. En pruebas con salmueras simuladas de lagos salados, el sistema produjo carbonato de litio de alta pureza, apto para baterías.
Los polímeros utilizados para crear las membranas son solubles en disolventes comunes y pueden fabricarse mediante técnicas industriales existentes. Esto permite que la tecnología sea escalable y se adapte rápidamente a un uso a gran escala.
“Estamos en proceso de establecer una empresa de tecnología climática y estamos interesados en forjar alianzas con empresas para extraer litio a gran escala utilizando soluciones de salmuera real”, afirmó el autor principal, el Dr. Qilei Song.
Una solución sostenible para una demanda creciente
La extracción sostenible de litio es urgente. La demanda mundial de litio se dispara a medida que el mundo avanza hacia la movilidad eléctrica y el almacenamiento de energías renovables. La extracción de litio de salmuera mediante membranas podría ofrecer una alternativa más sostenible y rentable a los métodos tradicionales, especialmente si el proceso se alimenta con energías renovables.
El equipo ya ha ampliado la escala de sus membranas y las ha probado en pilas de electrodiálisis de mayor tamaño, un primer paso hacia su aplicación industrial. En un experimento, lograron concentrar litio de una solución de salmuera mixta a más de 3 moles por litro, un nivel adecuado para producir carbonato de litio de alta pureza, el componente clave de las baterías. La misma tecnología también podría utilizarse para purificar agua, recuperar metales valiosos de las aguas residuales de la minería o incluso extraer cobre y otros materiales críticos.
“Esta tecnología tiene un enorme potencial en una variedad de áreas comercialmente importantes, desde el almacenamiento de energía hasta la purificación del agua y la recuperación de materiales críticos en una economía circular”, dijo el profesor Sandro Macchietto, Director de Empresas en el Departamento de Ingeniería Química del Imperial.
Los hallazgos aparecieron en la revista Nature Water.
Fuente: ZME Science.
