El litio es un componente esencial en las baterías utilizadas en vehículos eléctricos y en sistemas de almacenamiento de energía. Por lo tanto, desempeña un papel fundamental en la transición hacia la energía limpia generada de forma renovable que puede ser almacenada para su uso posterior. Sin embargo, la producción de este metal conlleva importantes impactos ambientales. Además de su extracción minera, el litio también puede obtenerse por evaporación de las salmueras.
Se precisa de una enorme cantidad de terreno y mucho tiempo para extraerlo del agua. Estos procesos suelen requerir enormes instalaciones que abarcan decenas de kilómetros cuadrados y pueden tardar más de un año hasta que comienzan a producir litio de forma rentable.
Los investigadores de la Universidad de Princeton afirman que su sistema tiene el potencial de mejorar la producción en las instalaciones de litio existentes y abrir la puerta a fuentes que antes se consideraban poco rentables debido a su tamaño reducido o a la baja concentración de litio. La técnica desarrollada se basa en un conjunto de cuerdas porosas retorcidas, diseñadas para atraer el agua en su núcleo mientras repelen el agua de la superficie.
Cuando los extremos de estas cuerdas se sumergen en una solución de agua salada, el agua asciende por capilaridad, un proceso similar al que ocurre en los árboles para llevar el agua desde las raíces hasta las hojas. A medida que el agua se evapora rápidamente de la superficie de las cuerdas, los iones de sal, como el sodio y el litio, se concentran. Así, con el tiempo, las sales se cristalizan en las cuerdas en forma de cloruro de sodio y cloruro de litio, lo que permite su recolección de manera sencilla.
Además de concentrar las sales, esta técnica propicia que el litio y el sodio cristalicen en puntos distintos a lo largo de las cuerdas debido a sus diferentes propiedades físicas. El sodio, por su baja solubilidad, cristaliza en la parte inferior de las cuerdas, mientras que las sales de litio, muy solubles, cristalizan cerca de la parte superior. Esta separación natural permite recolectar litio y sodio de forma individual, lo que normalmente requeriría el uso de productos químicos adicionales.
"Nuestro objetivo era aprovechar los procesos fundamentales de evaporación y acción capilar para concentrar, separar y recolectar litio", explicó Z. Jason Ren, profesor de ingeniería civil y ambiental y director del Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente de Princeton. "No necesitamos aplicar productos químicos adicionales, como se hace en muchas otras tecnologías de extracción, y el proceso ahorra mucha agua en comparación con los métodos de evaporación tradicionales".
La extracción convencional de litio a partir de salmuera implica la construcción de grandes estanques de evaporación para concentrar el litio presente en salinas, lagos salados o acuíferos subterráneos. Este proceso puede durar desde varios meses hasta varios años. Sólo es económicamente viable en unos pocos lugares del mundo que cuentan con concentraciones iniciales de litio lo suficientemente altas, una gran extensión de terreno disponible y un clima seco que favorezca la evaporación.
La técnica de las cuerdas es mucho más reducida en el espacio y en el tiempo. Puede comenzar a producir litio de manera mucho más rápida. Aunque los investigadores advierten de que todavía se necesita trabajo adicional para llevar su tecnología del laboratorio a una escala industrial, estiman que podría reducir en más del 90% la cantidad de terreno requerido en comparación con las operaciones actuales y acelerar el proceso de evaporación en más de un 20%, en comparación con los estanques de evaporación tradicionales.
Potencialmente, esta técnica permitiría realizar esta operación sobre fuentes de litio nuevas, como pozos de petróleo y gas en desuso y salmueras geotérmicas, que antes se consideraban demasiado pequeñas o diluidas para ser rentables. Los investigadores también están investigando si su tecnología podría utilizarse para extraer litio del agua de mar.
