Nuevas formas de alimentar el hábito mundial del litio

De pv magazine 07-08

La demanda de litio está aumentando y la agencia de precios Benchmark Mineral Intelligence (BMI) espera un mercado de materiales de litio de un millón de toneladas en 2024 y una tasa de crecimiento anual compuesta del 15% hasta 2033.

Los analistas, incluido BMI, anticipan el inicio de una escasez de litio alrededor de 2029 en medio de preocupaciones ambientales y políticas sobre la expansión requerida de la minería y el procesamiento de litio y su concentración en un pequeño número de países.

El litio se produce en gran medida a través de la evaporación al aire libre de salmuera, en el «triángulo del litio» de América del Sur, o de la minería de roca dura, principalmente en Australia. China, que procesa ese material australiano, tiene capacidad minera nacional de roca dura y salmuera. BMI estima que el 34% del litio se extrae en Australia, el 28% en América del Sur y el 20% en China.

La extracción de roca dura, que consume mucha energía, se basa en equipos de minería que funcionan con gasóleo y en el procesamiento a alta temperatura. La concentración y el tratamiento de la salmuera por evaporación, aunque producen menos emisiones de CO2, consumen mucha agua en las regiones áridas, lo que suscita preocupación por la sobreexplotación de los acuíferos. La consiguiente oposición a los proyectos hace que la industria minera del litio reaccione con lentitud a las fluctuaciones de la demanda.

Extracción directa de litio

Los enfoques de extracción directa de litio (DLE, por sus iniciales en inglés) ofrecen una alternativa mediante la extracción de litio de la salmuera mediante procesos térmicos o químicos. BMI estima que el método representa el 4% del litio actual y alcanzará el 12% en 2030.

«Algunos proyectos comerciales han estado en funcionamiento durante años», dijo Federico Gastón Gay, analista principal de litio de BMI. «Ahora hay un interés renovado. Las empresas mineras y de petróleo y gas están considerando el DLE y tienen el dinero y la experiencia para desarrollarlo».

El agua utilizada durante el DLE puede ser devuelta a los acuíferos. Los procesos DLE suelen funcionar con electricidad y, en algunos casos, las mismas salmueras también podrían utilizarse para la generación de energía geotérmica.

«Nuestro enfoque de DLE significa que hay un agotamiento mínimo del agua del acuífero subterráneo y, si se usa con energía renovable como pretendemos, hay emisiones mínimas asociadas con las operaciones», dijo Steve Kesler, presidente ejecutivo y consejero delegado interino de Cleantech Lithium (CTL). La compañía está intensificando los proyectos de DLE en Chile y opera una planta piloto de procesamiento que produce eluido que es procesado por un tercero en carbonato de litio de grado de batería, listo para ser probado por los proveedores de baterías.

Gaston Gay señaló que, si bien hay potencial, las afirmaciones de la industria sobre la reducción del impacto ambiental aún deben probarse. «En la mayoría de los casos, las salmueras se reinyectan, por lo que, en teoría, el equilibrio del acuífero no cambia», dijo. «Las operaciones de DLE también ocupan una fracción de la tierra requerida por los estanques de evaporación. Estas diferenciaciones podrían marcar una gran diferencia en las credenciales ambientales, pero no hay suficiente información disponible para decir definitivamente que es más limpio».

Se estima que el mayor de los sitios de extracción planificados por CTL, Laguna Verde, contendrá alrededor de 1,8 millones de toneladas de carbonato de litio equivalente. La perforación inicial y un estudio de prefactibilidad están en marcha, después de lo cual CTL buscará inversores, socios de compra y fondos de deuda para cubrir el coste de construcción estimado de 450 millones de dólares para una planta DLE a gran escala en el sitio.

Los costes de producción de DLE pueden variar mucho según la composición, la temperatura y la profundidad de la salmuera, así como otras condiciones en el sitio del proyecto y la tecnología específica utilizada. Kesler, de CTL, dijo que espera que los proyectos de la compañía tengan un «coste relativamente bajo» en comparación con otras operaciones mineras de litio. Gastón Gay, por su parte, señaló que los costes de DLE deberían compararse favorablemente con los de la minería de roca dura. Sin embargo, a diferencia de la extracción convencional de salmuera, el DLE sustituye la evaporación natural al sol por un proceso más intensivo en energía. Es posible que se requieran tratamientos adicionales antes o después de la extracción, lo que también conduce a un coste potencialmente más alto.

Nuevos trucos

Si bien los procesos de DLE están probados comercialmente y ya están en funcionamiento, la ampliación a una cuota de mercado más significativa requerirá nuevas tecnologías y aplicaciones. Gastón Gay señaló que los proyectos operativos ubicados en Argentina y China son más una mejora de la evaporación convencional que un proceso completamente nuevo y que es probable que una ampliación drástica de cualquier proceso conlleve complicaciones.

En un artículo de 2023 publicado en Nature Reviews Earth & Environment, científicos dirigidos por la Universidad Nacional de Jujuy de Argentina dividieron la tecnología DLE en siete grandes categorías con diferentes niveles de desarrollo comercial. «Algunos enfoques DLE propuestos, como el bombeo de iones o las membranas selectivas de Li+ [litio], son completamente nuevos y requerirán esfuerzos de ingeniería más amplios para alcanzar la escala industrial», escribió la autora principal, Maria L. Vera. «Por el contrario, otras propuestas, como el intercambio iónico, la extracción con solventes o los procesos de electromembranas, se han estudiado durante décadas… El desafío aquí es adaptar estas metodologías a la complejidad de las salmueras ricas en litio».

CTL dice que ha optado por uno de los procesos más conocidos como medida de reducción de riesgos. «La tecnología de purificación ha existido durante muchos años, en múltiples industrias, incluidas el uranio y el tratamiento de agua, por lo que hay relativamente poco riesgo tecnológico en el proceso», dijo Kesler. «También hemos buscado mitigar ese riesgo trabajando con algunos de los nombres más respetados de la industria».

La disponibilidad de opciones tecnológicas también debería hacer que el DLE sea más adaptable a las diferentes condiciones del sitio. «En Laguna Verde, por ejemplo, hemos estado probando varios adsorbentes para comprender cuál funciona mejor con nuestra salmuera en términos de selectividad de las moléculas de litio y rechazo de otros minerales», agregó Kesler. «No todas las salmueras son iguales, se trata de trabajar y optimizar el proceso y la tecnología en lugar de tener que reinventar nada».

Oferta diversificada

Otra razón para los recientes rumores en torno al DLE es su potencial para aumentar en gran medida la cantidad de litio disponible para la extracción. En los proyectos de salmuera existentes, BMI estima que una mejor eficiencia del proceso con DLE podría aumentar los rendimientos hasta en 670,000 toneladas por año. El proceso también podría llevar la minería de litio a varias regiones nuevas.

Vera et al. estimaron que entre el 50% y el 85% de las salmueras continentales ricas en litio se encuentran en la región del triángulo del litio, con China como la segunda fuente más grande. Las salmueras geotérmicas y las salmueras de los yacimientos petrolíferos, con menor concentración de litio, se encuentran en muchas más regiones, pero no se han considerado viables porque la evaporación a la concentración requerida llevaría demasiado tiempo, o los depósitos se encuentran en regiones sin suficiente tierra o un clima adecuado para la evaporación al aire libre.

Se están llevando a cabo varios proyectos de pruebas DLE en Europa, entre los que se encuentran los emplazamientos de Vulcan Energy Resources, en Alemania. Se espera que la «fase uno» del proyecto de Vulcan produzca 24.000 toneladas de hidróxido de litio por año y la compañía ha firmado acuerdos de suministro a partir de 2025 con varios compradores de la industria de baterías.

El proyecto de Vulcan, ubicado en el valle del Alto Rin, en Alemania, combina DLE con una planta de energía geotérmica. Las salmueras de varios sitios de perforación se canalizan a la planta. El calor de las salmueras se utiliza para generar electricidad y las salmueras se tratan para producir un preproducto: cloruro de litio suspendido en agua. A continuación, se transportará en camión a un sitio cercano a Frankfurt, donde se procesará posteriormente, mediante electrólisis, para producir hidróxido de litio de grado de batería.

Horst Kreuter, cofundador y representante principal de Vulcan Energy Resources, dijo que el primer clúster geotérmico ha comenzado a producir el cloruro de litio, que se mantiene almacenado a la espera de la finalización de la planta de electrólisis.

Vulcan tiene licencias de exploración para otros sitios de perforación alrededor del valle del Alto Rin y dice que la planta de electrólisis también podría usarse para procesar salmueras enviadas desde más lejos. «La planta de electrólisis tiene un coste de alrededor de 30 millones de dólares, por lo que no se puede colocar una en cada sitio», dijo Kreuter. «La planta es muy flexible, podemos agregar diferentes tratamientos previos y posteriores y podemos trabajar a diferentes temperaturas y presiones. Estamos planificando con antelación y empezando a mirar también a otras zonas de Europa».

Hay muchas otras áreas en Europa que vale la pena explorar en busca de salmueras que podrían ser adecuadas para DLE. En el suroeste del Reino Unido, Cornish Lithium está trabajando en varios proyectos y tiene como objetivo producir 15.000 toneladas de DLE en varios sitios pequeños para 2030.

En comparación con el proyecto en Alemania, Cornish Lithium espera encontrar salmueras a temperaturas más bajas y concentraciones de litio más bajas. Una temperatura de alrededor de 80 ºC es demasiado baja para la energía geotérmica, pero puede ser suficiente para proporcionar calefacción urbana al área local. La menor concentración en la salmuera también puede permitir que el proyecto haga uso de procesos de extracción más baratos y, por lo tanto, se amplíe más rápido.

«La salmuera en Cornualles es muy limpia, en realidad es menos salada que el agua de mar», dijo Neil Elliot, gerente de desarrollo corporativo de Cornish Lithium. «Nuestra exploración más reciente encontró concentraciones de litio de más de 100 partes por millón. Eso significa que podemos analizar tecnologías de membranas y varias otras técnicas de concentración». Trabajar con tecnología de membranas, como la ósmosis inversa que se usa comúnmente en la desalinización de agua, significa que el DLE también podría producir agua limpia para las comunidades locales.

Roca dura alternativa

Junto con su proyecto DLE, Cornish Lithium está desarrollando la minería de litio de roca dura en otro sitio en Cornualles (Reino Unido), que se espera que produzca otras 10.000 toneladas por año de hidróxido de litio para 2030.

La compañía planea reconstruir un pozo de arcilla china en desuso y construir una planta de procesamiento a menos de un kilómetro del sitio. Los materiales extraídos en el sitio podrían procesarse de manera muy diferente al mineral de espodumena que se extrae típicamente en Australia. Cornish Lithium ha trabajado con la empresa australiana Lepidico para desarrollar un proceso adecuado. Las evaluaciones del ciclo de vida realizadas en el proyecto de Lepidico estiman una reducción del 40% en las emisiones de carbono en comparación con la minería típica de litio de roca dura. «Normalmente, con un proyecto de roca dura, hay que tostar el mineral a temperaturas superiores a los 1.000 ºC», dijo Elliot. «En su lugar, utilizamos un proceso químico desarrollado por Lepidico, que utiliza ácido sulfúrico para producir litio».

Esa ruta también debería permitir a la empresa producir hidróxido de litio de grado de batería en el mismo sitio sin más envío o procesamiento. «La idea es que lleguemos a un producto final en Cornualles que podamos enviar directamente a los usuarios de la industria de las baterías», agregó Elliot.