Investigadores afirman haber hallado una nueva forma de extraer litio, un metal crucial utilizado en las baterías de iones de litio que alimentan los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía. Esta nueva técnica podría ser más respetuosa con el medio ambiente y más barata que las existentes.
La investigación se ha publicado hoy en Science, y una startup, llamada Rock Zero, está trabajando para comercializar el proceso.
“A escala, creemos que esta será la forma más económica de obtener litio en el mundo”, afirma Yet-Ming Chiang, uno de los autores del estudio, quien es profesor del MIT y un emprendedor en serie detrás de empresas de tecnología climática, entre ellas Form Energy y Addis Energy.
Actualmente, la forma más económica de obtener litio es extraerlo de la salmuera, agua salada que ha extraído el metal de la roca a lo largo de milenios. No obstante, esta técnica está geográficamente limitada y requiere grandes extensiones de terreno para enormes piscinas de evaporación. La táctica más común es la minería de roca dura, donde grandes masas de mineral son voladas, sometidas a altas temperaturas y procesadas utilizando productos químicos peligrosos.
El nuevo método de los investigadores utiliza un ácido débil para disolver minerales de silicato que suelen ser no reactivos. Esto libera no solo el litio, sino también otros materiales útiles, incluidos la alúmina y la sílice.
El origen de esta investigación, y de la empresa resultante, surgió de otra startup fundada por Chiang, Sublime Systems, que fabrica cemento utilizando electroquímica.
El equipo buscaba una fuente de sílice altamente reactiva para formar un cemento más resistente. Una forma de fabricar materiales reactivos, que pueden unirse fácilmente a otros materiales, es tomar un material no reactivo, disolverlo y luego permitir que se solidifique en una forma más reactiva. No es imposible disolver silicatos, pero la forma más conocida es utilizar ácido fluorhídrico, una sustancia química extremadamente peligrosa. Otras sustancias químicas que contienen flúor también son candidatas, pero algunas producirán ácido fluorhídrico como subproducto durante las reacciones.
Chiang se inspiró en un proyecto anterior de reforma del hogar que involucraba vidrio, que está hecho de sílice. “Estaba reformando una ducha en Framingham, Massachusetts, hace unos 25 años”, dice. “Así que cuando empezamos este proyecto, recordé esa crema para grabar vidrio y pensé: ‘¿Qué contiene eso?’”
La crema para grabar vidrio que él recordaba, y que se puede encontrar en los estantes de cualquier tienda de manualidades o bricolaje, utiliza fluoruro de amonio, un ácido débil. Y los investigadores del MIT descubrieron que, en las condiciones adecuadas, puede disolver eficazmente minerales de silicato sin producir ácido fluorhídrico en el proceso.
Esta química podría ser útil para cualquier mineral de silicato —y hay muchos de ellos. Pero la espodumena, el mineral del que a menudo se extrae litio, se convirtió en el primer objetivo principal. (Chiang comenta que una sugerencia de Doug Wicks, uno de los asesores de la compañía y exfuncionario de ARPA-E, orientó al equipo hacia la espodumena.)
Hoy en día, un paso clave en el procesamiento del mineral de espodumena consiste en tostarlo en un ho o a temperaturas muy elevadas. Esto provoca una transformación de fase que, en esencia, hincha el material y hace que el litio sea más accesible.
Al evitar la necesidad de alcanzar estas temperaturas, se podrían ahorrar costes energéticos y, potencialmente, reducir también las emisiones de carbono, afirma Camden Hunt, uno de los autores del estudio y CEO y cofundador de Rock Zero.
Evitar el ho o también podría permitir utilizar algunos minerales que no pueden ser tostados correctamente, añade Hunt. El mineral que contiene demasiado hierro no experimentará el cambio de fase de manera adecuada, sino que se fundirá y se convertirá en un material vítreo.
El nuevo proceso se basa en simples depósitos de plástico agitados y se lleva a cabo a temperaturas de hasta unos 95 °C (200 °F). El fluoruro de amonio disuelve los silicatos, lo que en experimentos anteriores permitió extraer casi todo el litio presente en el mineral de espodumena en un par de días. Desde entonces, los investigadores han reducido este tiempo a menos de 12 horas, según Benjamin Mowbray, primer autor del estudio y director técnico (CTO) y cofundador de Rock Zero.
Los productos (tras algunos pasos adicionales para su purificación) son carbonato de litio, que puede usarse para fabricar baterías; alúmina, que puede introducirse en una fundición para producir aluminio; y sílice cementicia, que puede añadirse al hormigón. Y el ácido puede reutilizarse en el mismo ciclo.
Chiang denomina a esto minería “nose-to-tail” —que consiste en utilizar cada parte del mineral extraído, como se aprovecha cada parte de un animal despiezado.
Los investigadores están trabajando actualmente para escalar y optimizar el proceso. Los tanques del laboratorio en Cambridge, Massachusetts, pueden procesar tres kilogramos de concentrado de espodumena en cada lote.
También han estimado el coste de este proceso una vez que esté a pleno rendimiento. Asumiendo que el fluoruro de amonio puede reciclarse a un alto nivel, deberían poder extraer litio por menos de $6.000 por tonelada métrica. (También han identificado una posible fuente industrial barata del ácido, como alte ativa a su reciclaje.)
El coste total se estima que será inferior al de otros procesos utilizados para extraer litio de mineral de roca dura actualmente, y podría ser competitivo con la salmuera.
El equipo ha diseñado una planta piloto y está buscando un espacio para construirla. El plan es finalizar la construcción para finales de 2026 y empezar a operar las instalaciones en 2027. Las conversaciones están en marcha con socios potenciales de la industria minera.
Una dificultad para los nuevos actores en la extracción de litio es la volatilidad del mercado: los precios han experimentado grandes oscilaciones en los últimos años, desde un pico en 2022 hasta mínimos a finales de 2024 y un lento ascenso a partir de principios de 2026.
El aumento de los precios podría beneficiar a nuevos actores como Rock Zero, pero hay muchos proyectos que podrían entrar en funcionamiento si los precios siguen subiendo, y eso podría hacer que el mercado volviera a caer, afirma Simon Jowitt, catedrático de geología de exploración en la Universidad de Nevada, Reno. «La gente está esperando a ver qué pasa con el precio del litio», afirma. «Es un mercado saturado y hay grandes actores ahí fuera».
Y aunque las baterías están impulsando la demanda de litio, el mercado sigue siendo relativamente pequeño, añade Jowitt: «Eso significa que será volátil». Las nuevas tecnologías de extracción de litio como las de Rock Zero tendrán que competir con los métodos utilizados por los gigantes existentes, y también existe la posibilidad de que alte ativas tecnológicas, como las baterías de iones de sodio que no necesitan litio, puedan dificultar la navegación en el mercado, según Jowitt. También cree que algunas de las estimaciones económicas de la empresa podrían ser optimistas.
Por su parte, el equipo de Rock Zero espera no solo escalar esta tecnología para el litio, sino utilizarla para otros minerales en el futuro. Como dice Mowbray, «la corteza terrestre está hecha de silicatos».