Litio, el “oro blanco” del cambio energético

En la actualidad se habla constantemente de la transición o migración energética, pero ¿qué es? Así se ha denominado al complejo y largo proceso de sustituir el consumo masivo de combustibles fósiles (nafta, gas natural, etc.) por energías limpias y renovables como, por ejemplo, hidráulica, solar y eólica. Esta transformación persigue cambios ambientales importantes, como disminuir la liberación de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global.

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Si pensamos este proceso en la “Tierra del sol y del buen vino”, una opción interesante es la energía solar; pero surge una pregunta natural… ¿Y cómo hacemos durante la noche? La respuesta es simple: necesitamos almacenar esta energía producida durante el día.

En estas circunstancias, uno de los principales actores bajo los reflectores es el litio, el “oro blanco” del cambio energético. Su nombre proviene del griego lithos, piedra, y fue descubierto en 1817 por Johann Arfvedsonen mientras analizaba la composición de minerales en la isla Utö, en Suecia. Se trata del metal más ligero y menos denso de la naturaleza (podría flotar en el agua). Pero, ¿dónde hemos oído hablar de él? Bueno, lo llevamos a todas partes en nuestros bolsillos, cajas de herramientas, etcétera. Esto se debe a que el litio es el principal componente de las baterías de celulares, tablets, notebooks, herramientas de mano (como taladros o destornilladores eléctricos) y hasta en autos híbridos y eléctricos. Las baterías Li-ion son tan importante que llevaron a Goodenough, Whittingham y Yoshino a recibir el premio Nobel de Química en 2019 por sus aportes en este campo.

El litio juega un papel fundamental en el desarrollo de dispositivos tecnológicos para la conservación, almacenamiento y transmisión de energía, por lo que es un metal estratégico a nivel mundial. La “seguridad en el suministro de litio” se ha convertido en una de las máximas prioridades para las empresas tecnológicas debido al aumento en la demanda de dispositivos móviles electrónicos, vehículos híbridos y eléctricos, y las políticas de adopción de sistemas de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos en diferentes países del mundo. Se espera que su producción sea insuficiente para satisfacer la demanda cerca del 2025, por lo que ha sido clasificado como un elemento crítico de energía. Esta condición requiere del procesamiento eficiente y cuidado de los recursos naturales, como salmueras y yacimientos minerales, y su transformación en productos industriales de alto valor agregado.

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Aunque el litio se encuentra en una gran cantidad de yacimientos minerales y salares, pocos de ellos son de interés comercial debido a su baja concentración en este elemento. Además, en el mundo se encuentra distribuido de manera poco homogénea. Argentina posee importantes recursos de litio, como siempre debido a su amplia y rica extensión geográfica. En el norte, somos parte del denominado “Triángulo del litio”, junto con el Salar del Hombre Muerto en Jujuy, y en el Centro-Norte se encuentran los yacimientos del mineral espodumeno en San Luis, Salta, Córdoba y Catamarca.

Si bien los salares de litio son los más renombrados actualmente, su explotación será insuficiente para abastecer la demanda, razón por la que las fuentes minerales como el espodumeno han cobrado gran importancia en el ámbito científico-tecnológico.

El α-espodumeno (α-LiAlSi2O6) es el mineral de Litio más abundante en la naturaleza. Es sumamente resistente a los ataques químicos tradicionales, por lo que existen relativamente pocas formas viables de extraer litio desde él. El único proceso industrial empleado en la actualidad es la digestión con ácido sulfúrico concentrado. El mineral se calcina a 1.100°C para generar un cambio a su fase β (más reactiva) y, luego, se realiza la digestión ácida a 250°C. Esta metodología requiere un alto consumo de energía y, a su vez, sólo utiliza el 5% del mineral generando gran cantidad de pasivos ambientales.

Aquí es donde hace su entrada en la escena el Laboratorio de Metalurgia Extractiva y Síntesis de Materiales (MESiMat), perteneciente al Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas (ICB–Conicet) y a la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEN- UNCuyo). Este laboratorio mendocino lleva más de una década realizando investigación de vanguardia en el desarrollo de métodos para la recuperación de metales valiosos desde minerales y desde residuos electrónicos. Sus principales objetivos son desarrollar metodologías que permitan reducir el consumo energético e impacto ambiental de los procesos tradicionales y, a su vez, maximizar la extracción de elementos y realizar un aprovechamiento integral de la materia prima utilizada. El MESiMat está conformado por los investigadores de Conicet, doctores Mario Rodríguez (director), Gustavo Rosales y Eliana Pinna, los becarios doctorales Alexander Resentera y Daniela Suárez, docente Sebastián Drajlin, becarios y pasantes de grado de las carreras de Química.

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Una de nuestras líneas más recientes de investigación promueve un cambio total en el paradigma de la extracción de litio desde α-espodumeno en planta. Para simplificarlo, imaginémonos en la cocina de casa realizando una receta casera. Comenzamos agregando el mineral molido α-espodumeno (similar a la arena) y una sal (similar visualmente a la sal de mesa), y mezclamos los dos polvos hasta homogeneizar. Los colocamos en un bowl adecuado y lo cocinamos al horno a unos 150°C. Luego, al calentar lentamente, la sal se derrite formando un medio líquido (sin agua) que rodea todas las partículas de mineral y comienza disolverlas. Posteriormente, dejamos enfriar el horno y sacamos la torta formada. Los productos obtenidos son luego enjuagados con agua y, finalmente, llevados a una solución ácida para poder separar cada una de las porciones.

En su etapa inicial, algunas de las virtudes novedosas del proceso incluyen su baja temperatura de procesamiento, ahorrándonos los 1.100°C del proceso tradicional, y el aprovechamiento de todos los componentes del mineral, incluso las impurezas. De esta manera se obtienen productos de uso industrial/tecnológico de silicio, aluminio y, por supuesto, litio. Además, este proceso también tiene la virtud de poder ciclarse, es decir, tanto el agua como la sal que no reacciona pueden reutilizarse para un nuevo proceso.

*El autor es becario doctoral Conicet además de docente e investigador MESiMat ICB-FCEN UNCuyo

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar