Recogiendo el litio del agua del mar para satisfacer la demanda de baterías
- 13 de octubre, 2021
El laboratorio del profesor adjunto Chong Liu está desarrollando un nuevo tipo de electrodo que puede extraer elementos valiosos del agua de mar.
Se calcula que, para finales de la década, las ventas de vehículos eléctricos quintuplicarán la demanda de litio. Este repentino aumento ha llevado a las empresas a buscar nuevas fuentes de este valioso metal, pero un científico de la Universidad de Chicago cree que tenemos todo el litio que necesitamos, y que nos está esperando en alta mar.
En la actualidad, cerca del 75% del litio del mundo procede de una franja terrestre que se extiende a lo largo de Argentina, Bolivia y Chile, una zona llamada el Triángulo del Litio. Allí, el metal se extrae bombeando salmuera en gigantescas cuencas al aire libre donde se evapora durante un año. Sin embargo, este largo proceso supone un importante cuello de botella en un mundo hambriento de litio, y aunque existen otras fuentes, la mayoría tienen un coste medioambiental muy elevado, incluyendo el litio.
Para evitar la inminente escasez, muchos países, incluido Estados Unidos, están buscando métodos de extracción sostenibles para este elemento tan demandado. Ahí es donde entra en juego Chong Liu, profesora adjunta de la Facultad de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago.
Liu es una científica de materiales que estudia las propiedades que presenta la misma con el fin de crear materiales altamente especializados. Actualmente, su laboratorio está desarrollando un nuevo tipo de electrodo que puede extraer elementos valiosos del agua de mar mediante un proceso llamado intercalación electroquímica. Y aunque el trabajo de Liu aún está en sus primeras fases, podría presentar uno de los métodos más sostenibles para extraer litio en cualquier lugar.
"Nuestra gran motivación es crear un proceso que sea lo más ecológico posible", dijo Liu. "Como estamos adoptando un enfoque electroquímico, evitamos por completo la necesidad de calor intenso o de ácidos fuertes, y obtenemos sólo el elemento que queremos: la selectividad de un solo ion".
El Departamento de Energía de Estados Unidos se está tomando en serio este enfoque. El 2 de septiembre, Liu fue nombrado uno de los 13 investigadores que recibirán parte de un fondo de 30 millones de dólares destinado a asegurar el suministro de materiales críticos del país para las tecnologías de energía limpia.
"La ampliación de la infraestructura de los vehículos eléctricos, el refuerzo de la red eléctrica de nuestro país y el impulso de nuestra economía con millones de puestos de trabajo en el ámbito de las energías limpias dependen de que se garanticen las cadenas de suministro de materiales críticos como el cobalto y el platino", declaró la Secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer M. Granholm.
"La clave de nuestro futuro sin emisiones de carbono radica en el impulso de las industrias limpias estadounidenses, la creación de sólidos sistemas de cadena de suministro de materiales críticos fabricados en Estados Unidos y el despliegue agresivo de las tecnologías climáticas resultantes aquí y en el extranjero."
El enfoque electroquímico
Para entender el método de Liu, es útil imaginar un electroimán. Al igual que un electroimán puede atraer y recoger metales ferrosos, el proceso de Liu puede atraer y recoger litio. En la intercalación electroquímica no hay magnetismo, sino que los iones son atraídos por un campo eléctrico, pero el principio es similar. Los trabajadores podrían sumergir un conjunto de electrodos en una fuente de agua de mar, atraer el litio y luego liberar el litio recogido en un tanque de almacenamiento.
"Nuestra gran motivación es crear un proceso que sea lo más ecológico posible", dice el Profesor Chong Liu.
A nivel molecular, Liu lo consigue diseñando materiales de electrodos muy específicos que atraen los iones hacia los electrodos y sólo capturan ciertos elementos, atrapándolos.
Sin embargo, este enfoque plantea problemas. Dado que la concentración de litio en el agua de mar es bastante baja, alrededor de 0,2 partes por millón, cualquier técnica de extracción tendrá que ser extremadamente eficiente para extraer el litio a un ritmo razonable.
Además, para poder utilizar estos electrodos a escala industrial, tendrán que estar hechos de un material altamente selectivo y duradero. Elegir el mejor candidato para ello llevará tiempo.
Liu es consciente de estos retos y los ha tenido en cuenta en el diseño. Su laboratorio ya ha obtenido resultados prometedores en el proceso de selección de materiales, reduciendo los candidatos a unas pocas fuentes probables, y está trabajando para perfeccionarlas con nuevas técnicas de machine learning. Espera que en la próxima década haya un nuevo sistema totalmente sostenible para extraer el litio.
"Espero que dentro de 10 ó 20 años se produzca una transformación total en el transporte de personas y mercancías", afirma Liu. "Pero para crear eso, y abordar el cambio climático de forma seria, tenemos que encontrar métodos respetuosos con el medio ambiente para cada aspecto de ese proceso, incluida la fabricación de baterías. Eso es lo que esperamos aportar".
Noticia tomada de: SciTechDaily / Traducción libre del inglés por World Energy Trade