Estrazione litio: La domanda di litio per batterie e altre tecnologie verdi sta esplodendo. L’industria deve sviluppare metodi sostenibili per rimuovere ed elaborare l’elemento da minerali e salamoie per evitare danni ambientali.
La domanda di litio è in forte aumento. L’elemento è un ingrediente cruciale nelle tecnologie verdi, comprese le batterie di telefoni, computer portatili, auto elettriche e reti elettriche. Le batterie agli ioni di litio sono tra le migliori opzioni per mantenere la carica e fornire energia in modo efficiente. Entro il 2025, la domanda di litio elementare dovrebbe essere tre volte superiore (150.000-190.000 tonnellate) rispetto al 2018. Ed entro il 2100, questo potrebbe salire a 400.000-700.000 tonnellate all’anno.
In teoria, c’è abbastanza litio nel sottosuolo per soddisfare questo fabbisogno: circa 20 milioni di tonnellate (Mt) sono disponibili nelle riserve in cui l’elemento è economico da estrarre, e quasi 90 Mt di risorse in più sono state individuate altrove. Ma, in pratica, c’è un collo di bottiglia nella produzione. L’apertura di nuove miniere e impianti di lavorazione è lenta e costosa, quindi la domanda potrebbe superare l’offerta nel prossimo decennio. L’Agenzia internazionale dell’energia (IEA) prevede che, entro il 2030, i produttori saranno in grado di soddisfare solo la metà del fabbisogno dell’industria del litio, rispettando gli obiettivi di sostenibilità in linea con l’accordo di Parigi sul clima.
Anche i metodi utilizzati per estrarre ed elaborare il litio da rocce, salamoie e argille non sono all’altezza. Sono cambiate poco nell’ultimo secolo e si basano su processi meccanici e chimici che sono inefficienti, dispendiosi e dannosi per l’ambiente. L’intera base dell’estrazione e della lavorazione del litio deve essere ripensata.
Le conseguenze sociali negative dell’estrazione mineraria vanno da inadeguate misure di sicurezza e protezione della salute a violazioni dei diritti umani. Sarà essenziale per le società di estrazione del litio mantenere i forti impegni ambientali, sociali e di governance che molti hanno preso per continuare a proteggere l’ambiente e la salute dei lavoratori e dei residenti locali.
Estrazione litio in meno passaggi
L’estrazione diretta del litio da salamoie o soluzioni acide evita la necessità di molte reazioni chimiche e consuma meno materie prime, acqua ed energia. Chimici e ingegneri stanno sperimentando tali sistemi, anche se la maggior parte deve ancora essere commercializzata.
L’elettrolisi è un altro modo per risparmiare sui reagenti e sulle emissioni. Questi processi devono ancora essere ottimizzati. I chimici dovrebbero progettare assorbenti in grado di assorbire il litio in modo selettivo, rapido ed efficace senza deteriorarsi; quelli disponibili oggi non sono in grado di combinare queste qualità. Nell’elettrolisi, i materiali degli elettrodi devono essere più sostenibili, convenienti e stabili alle alte temperature.
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Trasforma i rifiuti in beni di valore
Nel 2030, si prevede che l’industria delle batterie agli ioni di litio produrrà quasi 8 milioni di tonnellate di rifiuti di solfato di sodio (Na 2 SO 4 ), raggiungendo quasi 30 milioni di tonnellate entro il 2050 (AZH, comunicazione personale). Questo viene generato durante la cristallizzazione di Li 2 CO 3 , quando Li 2 SO 4 reagisce con Na 2 CO 3 . Attualmente, i rifiuti vengono scaricati in discarica o spediti all’estero, rendendo lo smaltimento una sfida importante. Esiste quindi un’enorme opportunità ambientale per il ritrattamento di Na 2 SO 4 in idrossido di sodio (NaOH) e H 2 SO 4. Queste sostanze chimiche rappresentano due dei maggiori input per l’estrazione del litio, la produzione di batterie e il riciclaggio , che probabilmente utilizzeranno 5 Mt di NaOH e 6 Mt di H 2 SO 4 nel 2030. Entro il 2050, si prevede che aumenteranno a 17 Mt e 19 Mt, rispettivamente.
Anche in questo caso l’elettrolisi può essere utilizzata attraverso un processo analogo a quello per la conversione dei sali di litio. Oltre ad aggiungere valore ai rifiuti, questo ulteriore passaggio migliorerebbe la circolarità, la sostenibilità e la robustezza della catena di fornitura delle batterie agli ioni di litio. ( Molte aziende di varie dimensioni si stanno concentrando su quest’area, tra cui Aepnus Technology, dove lavorano LH, BA e GP) . ma potrebbe essere inferiore a 1.000 USD per tonnellata, riducendo così i costi di lavorazione e smaltimento di almeno il 15%.
Trattare i minerali elettrochimicamente nel sottosuolo
Piuttosto che scavare rocce e separare le sostanze chimiche da esse in superficie, il litio potrebbe essere estratto mentre sono ancora sepolte, utilizzando processi elettrochimici. I pozzi orizzontali perforati attraverso depositi geologici ricchi di litio possono essere “fratturati” in modo simile ai letti di olio di scisto. Gli elettrodi inseriti dividerebbero le molecole d’acqua e produrrebbero gli ioni H + necessari per lisciviare il litio in soluzione. Il liquido risultante verrebbe alimentato in superficie e trasformato in sali di litio.
Le tecnologie di estrazione nel sottosuolo sono ancora agli inizi, ma la fattibilità di questo approccio è stata stabilita per il recupero del rame, un processo che si basa anche sulla lisciviazione acida. Sono necessarie ulteriori ricerche su come estrarre ioni come il litio in modo selettivo in un ambiente naturale, tra materiali complessi, superfici e interfacce. Per convalidare questo approccio, gli ingegneri devono esaminare le correlazioni tra la profondità della frattura e la dimensione delle particelle, insieme a condizioni operative come la tensione della cella e la densità di corrente.
Crea elettrodi con minerali grezzi
I produttori di batterie attualmente sintetizzano da zero i materiali degli elettrodi agli ioni di litio, utilizzando litio puro e sali di metalli di transizione. Realizzare elettrodi da materie prime meno lavorate o addirittura grezze, come i minerali stessi, eviterebbe molte lavorazioni chimiche. Le future chimiche degli elettrodi potrebbero un giorno renderlo possibile.
In teoria, dovrebbe essere fattibile realizzare elettrodi direttamente da minerali di litio o argille. Tali minerali sono ricchi di altri elementi che sono già utilizzati negli elettrodi della batteria. Ad esempio, lo spodumene include litio, alluminio, silicio e magnesio e le argille di litio come l’ectorite contengono litio, magnesio, ferro e manganese, ma non nella giusta disposizione e nell’ambiente per immagazzinare la carica.
Sebbene il concetto sia ancora lontano un decennio, chimici e ingegneri stanno esplorando le possibilità. La modellazione computazionale è necessaria per esaminare reti di reazioni che potrebbero essere utilizzate per concentrare litio e metalli di transizione nei minerali e identificare utili additivi. Anche gli elettrodi e gli elettroliti DRX (il buffer tra gli elettrodi) devono essere sviluppati in grado di resistere al calore e lavorare ad alta tensione.
Espandi l’estrazione mineraria insieme al riciclaggio a livello globale
Per superare i colli di bottiglia del litio, il “dove” potrebbe essere importante tanto quanto il “cosa”. Sebbene una manciata di paesi estragga il litio, la catena di approvvigionamento delle batterie è concentrata nell’est e nel sud-est asiatico, in particolare in Cina. Altre nazioni e regioni stanno cercando di aumentare la produzione nazionale e diversificare le loro catene di approvvigionamento.
Coordinare le politiche, potenziare la ricerca e comunicare
La crescente domanda di minerali per favorire la transizione energetica mondiale comporterà rischi per aziende, governi e comunità. Le catene di approvvigionamento devono essere libere da malintenzionati e i minerali e i materiali devono essere acquistati in modo responsabile. La documentazione digitalizzata, come i “passaporti” che tracciano la provenienza di tutti i minerali e componenti utilizzati nella produzione, sta rendendo sempre più facile seguire i prodotti ei flussi di materiali. Le origini potrebbero essere verificate analizzando gli isotopi, utilizzando spettrometri di massa e database della composizione isotopica del litio attraverso fonti geografiche. I metodi di preparazione e analisi dei campioni dovrebbero essere standardizzati e introdurre regolamenti. I requisiti globali potrebbero essere incentivati da accordi commerciali e pacchetti di sostegno economico.
La sfida del litio rappresenta una rara opportunità in cui le esigenze della ricerca fondamentale e della politica globale sono allineate. Incentivare questi sei cambiamenti del settore sarà essenziale per implementare le tecnologie verdi in questo secolo.
