Revolucionando la producción de litio en cadena
Lanzamiento de una startup
El litio, componente vital de las baterías que constituyen el núcleo de los vehículos eléctricos y de las redes de almacenamiento de energía, es clave para un futuro energético limpio. Pero la producción de este metal blanco plateado conlleva importantes costes medioambientales. Entre ellos está la enorme cantidad de tierra y tiempo que se necesita para extraer el litio del agua salobre, con grandes operaciones que se extienden a decenas de kilómetros cuadrados y a menudo requieren más de un año para comenzar la producción.
Investigadores de Princeton han desarrollado una técnica de extracción que reduce drásticamente la superficie y el tiempo necesarios para producir litio. Los investigadores afirman que su sistema puede mejorar la producción en las instalaciones de litio existentes y desbloquear fuentes que antes se consideraban demasiado pequeñas o diluidas para merecer la pena.
El núcleo de la técnica, descrita el 7 de septiembre en Nature Water, es un conjunto de fibras porosas retorcidas en forma de cuerdas, que los investigadores diseñaron para que tuvieran un núcleo amante del agua y una superficie que la repeliera. Al sumergir los extremos en una solución de agua salada, el agua sube por las cuerdas por capilaridad, el mismo proceso que utilizan los árboles para llevar el agua de las raíces a las hojas. El agua se evapora rápidamente de la superficie de cada cuerda, dejando iones salinos como el sodio y el litio. A medida que el agua se evapora, las sales se concentran cada vez más y acaban formando cristales de cloruro de sodio y cloruro de litio en las cuerdas, lo que facilita su recolección.
Además de concentrar las sales, la técnica hace que el litio y el sodio cristalicen en lugares distintos a lo largo del cordón debido a sus diferentes propiedades físicas. El sodio, de baja solubilidad, cristaliza en la parte inferior del cordón, mientras que las sales de litio, muy solubles, lo hacen cerca de la parte superior. La separación natural permitió al equipo recoger el litio y el sodio por separado, una hazaña que normalmente requiere el uso de productos químicos adicionales.
"Nuestro objetivo era aprovechar los procesos fundamentales de evaporación y capilaridad para concentrar, separar y recolectar litio", explica Z. Jason Ren, catedrático de Ingeniería Civil y Medioambiental y del Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente de Princeton, y director del equipo de investigación. "No necesitamos aplicar productos químicos adicionales, como ocurre con muchas otras tecnologías de extracción, y el proceso ahorra mucha agua en comparación con los métodos tradicionales de evaporación".
El suministro limitado de litio es uno de los obstáculos para la transición a una sociedad con bajas emisiones de carbono, añadió Ren. "Nuestro método es barato, fácil de utilizar y requiere muy poca energía. Es una solución ecológica a un reto energético crítico".
Un estanque de evaporación en una cadena
La extracción convencional de salmuera implica construir una serie de enormes estanques de evaporación para concentrar el litio de salinas, lagos salados o acuíferos subterráneos. El proceso puede durar desde varios meses hasta varios años. Las operaciones sólo son comercialmente viables en un puñado de lugares del mundo que tengan concentraciones iniciales de litio suficientemente altas, abundancia de tierras disponibles y un clima árido para maximizar la evaporación. Por ejemplo, en Estados Unidos sólo hay una explotación activa de extracción de litio a partir de salmueras, situada en Nevada y que abarca más de siete millas cuadradas.
La técnica de cuerdas es mucho más compacta y puede empezar a producir litio mucho más rápidamente. Aunque los investigadores advierten que hará falta más trabajo para llevar su tecnología del laboratorio a una escala industrial, calculan que puede reducir la cantidad de terreno necesario en más de un 90% respecto a las operaciones actuales y puede acelerar el proceso de evaporación en más de 20 veces en comparación con las balsas de evaporación tradicionales, lo que podría dar lugar a cosechas iniciales de litio en menos de un mes.
Las operaciones compactas, de bajo coste y rápidas podrían ampliar el acceso para incluir nuevas fuentes de litio, como pozos de petróleo y gas en desuso y salmueras geotérmicas, que actualmente son demasiado pequeñas o están demasiado diluidas para la extracción de litio. Según los investigadores, la velocidad de evaporación acelerada también podría permitir el funcionamiento en climas más húmedos. Incluso están investigando si la tecnología permitiría extraer litio del agua de mar.
"Nuestro proceso es como poner un estanque de evaporación en una cuerda, lo que nos permite obtener cosechas de litio con una huella espacial significativamente reducida y con un control más preciso del proceso", dijo Sunxiang (Sean) Zheng, coautor del estudio y ex becario postdoctoral distinguido del Centro Andlinger. "Si se amplía, podríamos abrir nuevas perspectivas para la extracción de litio respetuosa con el medio ambiente".
Dado que los materiales para producir las cuerdas son baratos y que la tecnología no requiere tratamientos químicos para funcionar, los investigadores afirman que, con mejoras adicionales, su método sería un firme candidato a la adopción generalizada. En el artículo, los investigadores demostraron la escalabilidad potencial de su método construyendo un conjunto de 100 cordones extractores de litio.
El equipo de Ren ya está desarrollando una segunda generación de la técnica que permitirá una mayor eficiencia, un mayor rendimiento y un mayor control del proceso de cristalización. Ren atribuye a la Iniciativa de Catálisis de Princeton el mérito de haber prestado un apoyo inicial decisivo para posibilitar colaboraciones creativas en la investigación. Además, su equipo ha recibido recientemente un premio NSF Partnerships for Innovation y un premio del Fondo Acelerador de la Propiedad Intelectual (PI) de Princeton para apoyar el proceso de investigación y desarrollo, incluidas las formas de modificar el método para extraer otros minerales críticos además del litio. Junto con Kelsey Hatzell, profesora adjunta de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y del Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente, Ren también recibió financiación inicial del Centro de Materiales Complejos de Princeton para comprender mejor el proceso de cristalización.
Zheng lidera la puesta en marcha de una startup, PureLi Inc, para iniciar el proceso de perfeccionamiento de la tecnología y, con el tiempo, llevarla a un mercado más amplio. Zheng fue seleccionada como una de los cuatro investigadores de la cohorte inaugural START Entrepreneurs de Princeton, una beca académica y acelerador de startups diseñado para fomentar el espíritu empresarial inclusivo.
"Como investigador, uno sabe de primera mano que muchas tecnologías nuevas son demasiado caras o difíciles de ampliar", afirma Zheng. "Pero estamos muy entusiasmados con esta, y con algunas mejoras adicionales de eficiencia, creemos que tiene un potencial increíble para tener un impacto real en el mundo".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
Noticias más leídas
Más noticias de nuestros otros portales
Algo está pasando en la industria química ...
Así es el verdadero espíritu pionero: Muchas start-ups innovadoras están aportando ideas frescas, savia nueva y espíritu emprendedor para cambiar el mundo del mañana a mejor. Sumérjase en el mundo de estas jóvenes empresas y aproveche la oportunidad de ponerse en contacto con los fundadores.
