Sostenibilità: nuovo metodo rende estrazione litio più veloce e green

Roma – Una serie di recenti studi ha aperto la strada a una nuova procedura per l’estrazione del litio più ecosostenibile e veloce. E’ quanto emerge da un articolo pubblicato su Science. A livello globale vi è una fortissima domanda di litio, dato il suo ruolo essenziale nelle batterie in particolare in quelle per i veicoli elettrici. La maggior parte del metallo proviene da enormi bacini di evaporazione in luoghi come Cile, Argentina e Bolivia. Le aziende pompano salamoie salate contenenti litio da falde acquifere sotterranee in vaste piscine poco profonde e aspettano che il sole faccia evaporare la maggior parte dell’acqua, concentrando gli ioni di litio. Quindi, mescolano sostanze chimiche che fanno precipitare il litio sotto forma di carbonato di litio solido. L’approccio può essere più redditizio dell’estrazione del litio dalle rocce, ma l’evaporazione solare può richiedere più di un anno e i bacini si estendono per centinaia di chilometri quadrati in ambienti ecologicamente fragili e sono costosi da costruire e mantenere. Ora, i ricercatori stanno cercando di sostituire la luce solare con l’elettricità. Una serie di recenti risultati di laboratorio rafforza la prospettiva di purificare il litio in strutture con ingombri molto più ridotti rispetto alle vasche di evaporazione e di attingere ad altri tipi di salamoie con concentrazioni di litio inferiori, tra cui le acque reflue delle operazioni di petrolio e gas e i laghi di acqua salata. “Se riusciamo a rendere tutto questo più veloce, più efficiente e a usare meno energia, ci sarà abbastanza litio per tutte le nostre esigenze”, afferma Lisa Biswal, un ingegnere chimico della Rice University che sta lavorando a un progetto dedicato a questo settore. “Molte di queste tecnologie sono in una fase iniziale”, aggiunge il chimico della Rice, Haotian Wang. “Ma stanno iniziando a dimostrare il loro potenziale commerciale”. L’approccio elettrico in genere si basa su due camere, una riempita con la salamoia e l’altra con acqua pura. Ognuna ha un elettrodo e le camere sono separate da una membrana che consente il passaggio solo di determinati ioni. La corrente fornita all’elettrodo nella camera dell’acqua divide le molecole d’acqua, producendo gas idrogeno e ioni idrossido caricati negativamente che attraggono ioni litio caricati positivamente dalla salamoia, trascinandoli attraverso la membrana. Sul lato salato, nel frattempo, l’acqua perde elettroni verso l’elettrodo, generando gas ossigeno. I passaggi possono essere ripetuti in celle successive fino a quando il litio sul lato dell’acqua non è sufficientemente concentrato da essere precipitato. L’idea non è nuova, ma ha dei problemi. L’impianto consuma molta elettricità, gran parte della quale va alla reazione di formazione dell’ossigeno. “La reazione dell’ossigeno è molto lenta”, afferma Ge Zhang, un ingegnere chimico della Stanford University. Un altro inconveniente è che gli ioni cloruro del sale nella camera salata reagiscono lentamente all’elettrodo formando gas di cloro, un veleno pericoloso. I ricercatori guidati da Zhang e Yi Cui, uno scienziato dei materiali di Stanford, hanno segnalato nel numero del 6 novembre di Matter una svolta nella configurazione delle camere di purificazione che allevia questi problemi. Mentre il litio viene aspirato nella camera d’acqua del loro dispositivo, i ricercatori catturano l’idrogeno prodotto e lo convogliano verso il lato salato, che è stato arricchito con idrossido di sodio, un composto economico utilizzato nella produzione di saponi. L’additivo rilascia ioni idrossido, che hanno bisogno solo di una piccola differenza di tensione per reagire con l’idrogeno iniettato per formare acqua. Ciò riduce la richiesta di elettricità del processo complessivo dell’80 per cento e impedisce in primo luogo la formazione di ossigeno. La reazione rapida impedisce anche il processo più lento che forma il gas di cloro. “È una strada fruttuosa da percorrere”, afferma Seth Darling, un chimico esperto in tecnologia energetica presso l’Argonne National Laboratory. Ma nota che questa dimostrazione iniziale in laboratorio funziona con una salamoia sintetica che differisce dalle salamoie chimicamente complesse del mondo reale. Un’impostazione a tre camere, riportata da Biswal e dai suoi colleghi nel numero dell’11 novembre di Proceedings of the National Academy of Sciences , cancella anche la produzione di cloro . Collocano la camera salata tra due camere di acqua pura, ciascuna contenente un elettrodo e separate dalla salamoia da una membrana. Biswal spiega che quando viene applicata corrente, gli ioni di litio finiscono per concentrarsi in una delle camere di acqua, mentre le membrane mantengono gli ioni cloruro nella camera salata centrale, impedendo loro di incontrare gli elettrodi nelle camere di acqua e formare gas di cloro. Il team di Cui ha provato diversi modi per produrre litio elettricamente, e un altro dei loro schemi, descritto il 24 ottobre su Nature Water , in realtà genera piuttosto che consumare elettricità . Hanno iniziato con due elettrodi d’argento porosi e la tradizionale configurazione a due camere. Ma prima di posizionare gli elettrodi, ne hanno immerso uno in salamoia, aspettando che gli ioni cloruro si infiltrassero negli spazi dei pori nell’elettrodo e reagissero per formare cloruro d’argento solido. Una volta pieno zeppo di cloruro d’argento, quell’elettrodo è stato spostato nella camera di acqua pura. Successivamente, l’elettrodo d’argento semplice rimanente è stato inserito nella camera salata e i due sono stati collegati da un filo esterno. Sul lato salato, gli ioni cloruro si sono nuovamente spostati e si sono legati all’elettrodo d’argento, cedendo elettroni che sono fluiti verso l’elettrodo sul lato con l’acqua. Lì hanno reagito con il cloruro d’argento, liberando ioni cloruro caricati negativamente che hanno attratto ioni di litio attraverso la membrana. L’impostazione ha purificato il litio generando e non consumando elettricità. “È un design molto intelligente e innovativo”, afferma Wang. I ricercatori guidati da Zhiping Lai, un chimico della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), riferiscono , nel numero del 27 settembre di Science, di aver testato un approccio simile su una scala molto più ampia. Invece di usare elettrodi d’argento, usano elettrodi realizzati in fosfato di ferro, un materiale comune per gli elettrodi nelle batterie al litio. Sebbene la loro configurazione non sia arrivata fino a produrre elettricità positiva netta, hanno già dimostrato una versione su scala pilota 100.000 volte più grande del tipico dispositivo utilizzato per questi progetti. “È un risultato molto promettente”, afferma Zhang. (30Science.com)