Uso de la extracción directa de litio para asegurar los suministros de EE. UU.

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Las baterías de iones de litio son omnipresentes en todo, desde computadoras portátiles y teléfonos hasta juguetes y marcapasos. Agregue la creciente demanda de automóviles eléctricos y se vuelve aún más claro cuán universal se ha vuelto la aplicación del litio.

Se espera que la demanda mundial de litio aumente a casi el 500% de los niveles de 2018 para 2050, según el informe del Grupo del Banco Mundial. Minerales para la acción climática: la intensidad mineral de la transición a las energías limpias, existe la urgencia de encontrar nuevas fuentes nacionales de litio y formas innovadoras de extraer este metal crucial.

Una tecnología geotérmica emergente que está investigando el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) es la extracción directa de litio (DLE), que extrae litio de la salmuera subterránea. El DLE podría ser un método de extracción revolucionario, que podría entregar 10 veces la demanda actual de litio de EE. UU. Solo en el área geotérmica conocida del Mar Salton de California.

El suministro promedio de litio debajo de este lago salado se estima en más de 24,000 toneladas métricas al año, según un informe de NREL de 2021, Análisis tecnoeconómico de la extracción de litio a partir de salmueras geotérmicas, escrito por Ian Warren, geocientífico senior de NREL.

“Las salmueras geotérmicas ricas en litio representan un recurso vasto y sin explotar que potencialmente puede convertirse en un suministro doméstico robusto mientras se agrega a una fuerza laboral bien remunerada”, dijo Warren.

El Mar de Salton se encuentra en la falla de San Andrés, sísmicamente activa. La roca fundida calienta el agua subterránea debajo del lecho del lago en una salmuera presurizada tan caliente como 500 grados Fahrenheit. La salmuera ya se utiliza en casi una docena de plantas de energía geotérmica para generar electricidad, y estas mismas instalaciones pueden servir como una parte importante del desarrollo de DLE.

Necesidad de un nuevo enfoque

El litio en los Estados Unidos se importa casi en su totalidad, y solo una pequeña fracción del suministro se obtiene a nivel nacional de una operación de salmuera en Nevada, según el Servicio Geológico de EE. UU..

La mayor parte del litio se obtiene en lugares como América del Sur y China de minas a cielo abierto o agua salada que contiene litio debajo de los salares, que se bombea a grandes cuencas donde se evapora bajo el sol. Ambas técnicas pueden provocar la destrucción de la tierra, una posible contaminación y un elevado consumo de agua, sobre todo en zonas que ya sufren sequías y desertificación. Métodos como estos también ocupan una cantidad significativa de espacio, mientras que DLE utiliza terrenos que ya están siendo utilizados por centrales eléctricas.

DLE permite un suministro de litio más sostenible, incluido el uso de energía geotérmica como fuente de energía renovable para la producción. El objetivo es extraer el litio antes de bombear la salmuera al subsuelo para recargar el depósito geotérmico. Eso es lo que los líderes de la industria, incluido NREL, están trabajando para lograr.

“La creciente demanda global y la necesidad de un suministro seguro de litio ha creado un profundo interés y urgencia en desarrollar completamente el DLE que se considere ambientalmente seguro, que pueda obtenerse directamente en los Estados Unidos y sea competitivo en costos”, dijo Warren. .

Las tecnologías DLE se pueden agrupar ampliamente en tres categorías principales: adsorción utilizando materiales porosos que permiten la unión de litio, el intercambio iónico y la extracción con solvente. La ampliación de cualquiera de estas técnicas a la capacidad de producción completa sigue siendo una tarea desafiante.

Por ejemplo, desarrollar un material sólido que se adhiera solo con litio es un gran desafío en la salmuera geotérmica que contiene muchos minerales y metales. La implementación exitosa de DLE dependerá de la expansión de la innovación y la creación de nuevas tecnologías, y NREL está jugando un papel importante para que esto suceda.

Eric Karp, ingeniero químico senior del Centro Nacional de Bioenergía de NREL, está investigando cómo el mismo proceso utilizado para separar los productos químicos de los extractos de plantas también puede extraer litio de la salmuera. Karp se especializa en la extracción de compuestos de plantas para biocombustibles, plásticos y productos químicos básicos, como el ácido acrílico utilizado en la producción de plástico.

“Estamos usando tecnologías que se han aplicado tradicionalmente a las plantas y las estamos moviendo más hacia la extracción de metales pesados”, dijo.

Eric Karp, en el medio, está ayudando a NREL a utilizar métodos y tecnologías tradicionales para extraer litio y otros metales de la salmuera. El equipo aparece junto a un reactor catalítico. Foto de Dennis Schroeder, NREL

Un premio destinado a resolver desafíos

A medida que el DLE atrae más atención como una alternativa viable para la extracción de litio, es probable que surjan otras innovaciones. Es por eso que el Departamento de Energía de EE. UU. Lanzó recientemente el Premio de extracción de litio geotérmica de fabricación estadounidense. El premio, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. Y administrado por NREL, se estableció para promover el desarrollo de tecnología DLE económicamente viable y ambientalmente racional a partir de la salmuera geotérmica que se encuentra en el Mar de Salton.

La competencia de tres fases tiene un premio en efectivo de $ 4 millones y tiene como objetivo acelerar los esfuerzos para identificar, desarrollar y probar tecnologías y soluciones DLE. Los objetivos incluyen mejorar el rendimiento y la pureza del producto al tiempo que se reducen las tasas de consumo de energía y agua. Minimizar o monetizar los productos de desecho químicos también es un objetivo importante.

“La combinación de una demanda global en rápida expansión y la falta de un suministro doméstico de litio ambientalmente seguro y rentable ha creado una urgencia para acelerar las soluciones”, dijo Caity Smith, gerente de proyectos geotérmicos de NREL. “El Premio de Extracción de Litio Geotérmico incentiva a la academia y las pequeñas empresas para ayudar a garantizar el liderazgo estadounidense en la transición hacia una economía libre de carbono”.

Los participantes trasladan su concepto a un prototipo durante el transcurso de la competencia, que se espera que concluya en abril de 2023. Durante todo el premio, los participantes tienen acceso a tutoría, conocimientos técnicos, experiencia en marketing, validación de productos y otros recursos necesarios para mejorar sus tecnologías. .

El Premio de Extracción de Litio Geotérmico desafía a cualquier persona actualmente afiliada a una institución académica de los EE. UU., Así como a las pequeñas empresas nacionales e incubadoras universitarias asociadas con una institución acreditada de educación superior de los EE. UU., A competir.

La fase 1 ya está abierta y las presentaciones deben presentarse el jueves 2 de septiembre de 2021. Obtenga más información sobre la elegibilidad para premios y las pautas. Póngase en contacto con GeoLithiumExtraction@nrel.gov si tiene preguntas.

Artículo cortesía de NREL.

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