La creciente demanda de litio, conocido como «oro blanco,» impulsa avances en su extracción, especialmente por su papel crucial en baterías para vehículos eléctricos. Actualmente, gran parte del litio proviene de salmueras ricas en este metal, procesadas en extensos estanques de evaporación solar en Chile, Argentina y Bolivia. Este método implica la extracción de salmueras de acuíferos subterráneos, su concentración mediante evaporación solar, y la precipitación química del litio como carbonato de litio. Aunque eficiente en ciertos contextos, este proceso es lento (más de un año), requiere grandes extensiones de tierra y consume muchos recursos.
Los investigadores están explorando métodos eléctricos como alternativas más rápidas y sostenibles. Estas técnicas podrían permitir la purificación de litio en instalaciones compactas, capaces de procesar salmueras con concentraciones más bajas de litio, incluyendo aguas residuales de operaciones petroleras y lagos salinos.
La química detrás de la extracción eléctrica de litio
El enfoque eléctrico básico utiliza dos cámaras separadas por una membrana selectiva: una contiene la salmuera fuente y la otra agua pura. Al aplicar corriente, el electrodo en el lado acuoso descompone el agua, generando hidrógeno e iones hidróxido (OH⁻) que atraen iones de litio (Li⁺) a través de la membrana. En el lado salino, el agua pierde electrones en el electrodo, liberando oxígeno. Este ciclo se repite hasta concentrar el litio lo suficiente para su precipitación.
Sin embargo, este método presenta desafíos químicos significativos. La reacción que produce oxígeno es lenta y consume mucha electricidad. Además, los iones cloruro (Cl⁻) presentes en la salmuera pueden reaccionar en el electrodo y liberar gas cloro (Cl₂), un subproducto tóxico.
Innovaciones para optimizar el proceso
Un equipo liderado por Ge Zhang y Yi Cui, de Stanford, introdujo un cambio innovador que resuelve estos problemas. En lugar de permitir la formación de oxígeno, su sistema canaliza el hidrógeno generado hacia la cámara salina, donde reacciona con hidróxido de sodio (NaOH) para formar agua, evitando así la producción de oxígeno y reduciendo el consumo eléctrico en un 80 %. Además, esta reacción rápida elimina la formación de gas cloro, haciendo el proceso más seguro y eficiente.
Otra innovación, presentada por Lisa Biswal y su equipo, consiste en un diseño de tres cámaras. Aquí, la salmuera se encuentra entre dos cámaras de agua pura separadas por membranas. Este diseño concentra el litio en una de las cámaras acuosas mientras evita que los iones cloruro interactúen con los electrodos, mitigando la formación de cloro.
Extracción con generación de electricidad
Cui y su equipo han explorado métodos que no solo extraen litio sino que generan electricidad. Un ejemplo utiliza electrodos de plata porosa. Antes de ensamblar el dispositivo, un electrodo se satura con cloruro de plata (AgCl) y se coloca en el lado acuoso. Cuando el sistema opera, los electrones fluyen desde el electrodo salino hacia el acuoso, liberando iones cloruro que atraen iones de litio a través de la membrana. Aunque este método es menos eficiente en la tasa de purificación, la capacidad de producir energía lo convierte en una opción prometedora para procesos sostenibles.
Escalamiento y perspectivas comerciales
En un avance hacia la comercialización, un equipo liderado por Zhiping Lai en KAUST desarrolló un sistema similar utilizando electrodos de fosfato de hierro, un material común en baterías de litio. Aunque no genera electricidad, han construido un prototipo a escala piloto 100,000 veces mayor que los dispositivos de laboratorio tradicionales. En colaboración con Saudi Aramco, planean utilizar esta tecnología para purificar litio de aguas residuales provenientes de pozos petroleros, lo que podría allanar el camino para procesar fuentes más diluidas, como lagos salinos.
Fuente: Science
