Nova tecnologia extrai lítio de salmouras #ÚltimasNotícias

Uma nova tecnologia pode extrair lítio de salmouras a um custo estimado de menos de 40% do método de extração dominante hoje, e a apenas um quarto do preço de mercado atual do lítio. A nova tecnologia também seria muito mais confiável e sustentável em seu uso de água, produtos químicos e terra do que a tecnologia atual, de acordo com um estudo publicado hoje em Matéria por pesquisadores da Universidade de Stanford.

A demanda global por lítio aumentou nos últimos anos, impulsionada pelo aumento de veículos elétricos e armazenamento de energia renovável. A fonte dominante de extração de lítio hoje depende da evaporação de salmouras em enormes lagoas sob o sol por um ano ou mais, deixando para trás uma solução rica em lítio, após a qual o uso pesado de produtos químicos potencialmente tóxicos termina o trabalho. Água com alta concentração de sais, incluindo lítio, ocorre naturalmente em alguns lagos, fontes termais e aquíferos, e como um subproduto de operações de petróleo e gás natural e de dessalinização de água do mar.

Muitos cientistas estão buscando métodos de extração de lítio mais baratos, mais eficientes, confiáveis ​​e ecologicamente corretos. Geralmente, são extrações diretas de lítio que ignoram grandes lagoas de evaporação. O novo estudo relata os resultados de um novo método usando uma abordagem conhecida como “eletrodiálise de casal redox”, ou RCE, juntamente com estimativas de custo.

“Os benefícios de eficiência e custo inerentes à nossa abordagem a tornam uma alternativa promissora às técnicas atuais de extração e um potencial divisor de águas para a cadeia de suprimentos de lítio”, disse Yi Cui, autor sênior do estudo e professor de ciência e engenharia de materiais na Escola de Engenharia.

A equipe de pesquisa estima que sua abordagem custe de US$ 3.500 a US$ 4.400 por tonelada de hidróxido de lítio de alta pureza, que pode ser convertido em carbonato de lítio de grau de bateria de forma barata, em comparação com os custos de cerca de US$ 9.100 por tonelada para a tecnologia dominante para extração de lítio de salmoura. O preço de mercado atual para carbonato de lítio de grau de bateria é de quase US$ 15.000 por tonelada, mas uma escassez no final de 2022 levou o preço volátil do mercado de lítio para US$ 80.000.

Atendendo à crescente demanda

O lítio, até agora, teve um papel crítico na transição global para a energia sustentável. A demanda por lítio deve aumentar de aproximadamente meio milhão de toneladas métricas em 2021 para uma estimativa de 3 milhões a 4 milhões de toneladas métricas até 2030, de acordo com um relatório da McKinsey & Co. Esse aumento acentuado é impulsionado principalmente pela rápida adoção de veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renovável, ambos os quais dependem fortemente de baterias.

Tradicionalmente, o lítio tem sido extraído de rochas mineradas, um método que é ainda mais caro, intensivo em energia e movido por produtos químicos tóxicos do que a extração de salmoura. Como resultado, o método dominante para extração de lítio hoje mudou para a evaporação de salmouras de lagos salgados, embora ainda com altos custos financeiros e ambientais. Este método também é fortemente dependente de condições climáticas específicas que limitam o número de lagos salgados comercialmente viáveis, colocando em dúvida a capacidade da indústria de lítio de atender à crescente demanda.

O novo método de Cui e sua equipe usa eletricidade para mover lítio através de uma membrana de eletrólito de estado sólido da água com baixa concentração de lítio para uma solução mais concentrada e de alta pureza. Cada uma de uma série de células aumenta a concentração de lítio para uma solução da qual o isolamento químico final é relativamente fácil. Essa abordagem usa menos de 10% da eletricidade necessária pela tecnologia atual de extração de salmoura e tem uma seletividade de lítio de quase 100%, tornando-a muito eficiente.

“As vantagens exibidas por nossa abordagem sobre as técnicas convencionais de extração de lítio aumentam sua viabilidade na produção de lítio ecologicamente correta e econômica”, disse o coautor principal do estudo, Rong Xu, um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Cui, agora um membro do corpo docente da Universidade Xi’an Jiaotong na China. “Eventualmente, esperamos que nosso método avance significativamente o transporte eletrificado e a capacidade de armazenar energia renovável.”

Custo e benefícios ambientais

O estudo inclui uma breve análise técnico-econômica comparando os custos da extração atual de lítio com os da abordagem RCE. Espera-se que o novo método seja relativamente barato devido principalmente aos menores custos de capital. Ele elimina a necessidade de lagoas de evaporação solar em larga escala, que são caras para construir e manter. O uso do novo método de significativamente menos eletricidade, água e agentes químicos – além dos benefícios de sustentabilidade – reduz ainda mais os custos.

Ao evitar o uso extensivo da terra e o consumo de água dos métodos tradicionais, a abordagem RCE também reduz a pegada ecológica da produção de lítio.

O método RCE funciona com uma variedade de águas salinas, incluindo aquelas com concentrações variáveis ​​de lítio, sódio e potássio. Experimentos de estudo mostraram que a nova tecnologia poderia extrair lítio, por exemplo, de águas residuais resultantes da produção de petróleo. Ela poderia ser potencialmente usada para extrair lítio da água do mar, que tem concentrações de lítio mais baixas do que salmouras. A extração de lítio da água do mar usando métodos convencionais não é comercialmente viável hoje.

“Técnicas de extração direta de lítio como as nossas estão em desenvolvimento há algum tempo. As principais tecnologias concorrentes até o momento têm desvantagens significativas, como a incapacidade de operar continuamente, altos custos energéticos ou eficiência relativamente baixa”, disse Ge Zhang, um acadêmico de pós-doutorado de Stanford e coautor do estudo. “Nosso método parece não ter nenhuma dessas desvantagens. Sua operação contínua pode contribuir para um fornecimento de lítio mais confiável e acalmar o volátil mercado de lítio.”

Olhando para o futuro

A escalabilidade do método RCE também é promissora. Em experimentos onde a escala do dispositivo foi aumentada quatro vezes, o método RCE continuou a ter um bom desempenho, com eficiência energética e seletividade de lítio permanecendo muito altas.

“Isso sugere que o método pode ser aplicado em escala industrial, tornando-se uma alternativa viável às atuais tecnologias de extração”, disse Cui.

No entanto, o estudo destaca algumas áreas para mais pesquisa e desenvolvimento. Os pesquisadores experimentaram duas versões de seu método. Uma extraiu o lítio mais rapidamente e usou mais eletricidade. A outra foi mais lenta e usou menos eletricidade. A extração mais lenta resultou em custos mais baixos e uma membrana mais estável para extrair o lítio continuamente e por um longo tempo, em comparação com a extração mais rápida. Sob altas densidades de corrente e fluxo de água mais rápido, as membranas se degradaram, levando à redução da eficiência ao longo do tempo. Embora isso não tenha sido evidente no experimento de extração mais lenta, os pesquisadores querem otimizar o design de seu dispositivo para uma extração potencialmente mais rápida. Eles já estão testando outros materiais promissores para a membrana.

Além disso, os pesquisadores não demonstraram a extração de lítio da água do mar neste estudo.

“Em princípio, nosso método também é aplicável à água do mar, mas pode haver problemas de estabilidade para a membrana na água do mar”, disse Zhang.

Ainda assim, a equipe continua bastante otimista.

“À medida que nossa pesquisa continua, acreditamos que nosso método poderá em breve passar do laboratório para aplicações industriais em larga escala”, disse Xu.