Revisión de tecnologías para la extracción de litio a partir de salmueras geotérmicas

Simplified overview of lithium extraction from geothermal brine (Credit: Jenny Nuss/Berkeley Lab)

carlos Jorquera 22 Dec 2021

Si tuvieras un frasco de canicas de muchos colores diferentes, pero solo quisieras las verdes, ¿cómo podrías elegirlas de manera eficiente? ¿Y si no fueran canicas sino un frasco de purpurina y hubiera arena, pegamento y barro mezclados? Eso comienza a describir la complejidad de la salmuera bombeada desde debajo del Mar Salton de California como parte de la producción de energía geotérmica. En este artículo compartido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU., Se describe cómo los científicos del laboratorio evalúan el panorama tecnológico para desarrollar una fuente estadounidense de litio.

Para los campos geotérmicos de todo el mundo, la salmuera geotérmica producida simplemente se ha inyectado de nuevo bajo tierra, pero ahora está claro que las salmueras producidas en el campo geotérmico del Mar de Salton contienen una inmensa cantidad de litio, una necesidad crítica de recursos para el transporte y la energía con bajas emisiones de carbono.

La demanda de litio se está disparando, ya que es un ingrediente esencial en las baterías de iones de litio. Actualmente hay muy poca producción de litio en los EE. UU. Y la mayor parte del litio se importa; sin embargo, eso puede cambiar en un futuro próximo.

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. Han publicado recientemente una revisión exhaustiva de las tecnologías pasadas y actuales para extraer minerales de la salmuera geotérmica. La revisión, publicada en la revista Energies, analiza y evalúa una amplia gama de tecnologías utilizadas para la extracción de litio de salmueras. La revisión encuentra que se espera que las salmueras geotérmicas en la región del Mar de Salton de California sean una importante fuente nacional de litio en el futuro, pero que es necesario superar importantes desafíos técnicos.

El informe completo está disponible aquí: Stringfellow, W.T., Dobson, P. F. “Technology for the Recovery of Lithium from Geothermal Brines”  (Acceso abierto, versión extendida del artículo publicado en las Actas del 46o Taller sobre Ingeniería de Yacimientos Geotérmicos, Universidad de Stanford, Stanford, CA, EE. UU., Del 15 al 17 de febrero de 2021.)

Will Stringfellow, autor principal del artículo, enfatizo “Uno de los principales impulsores para el desarrollo de recursos domésticos de litio ahora es que necesitaremos mucho litio en el futuro”, conjuntamente, “Dependemos del litio que se extrae de la tierra en otros países, y también se procesa en el extranjero, por lo que no tenemos una producción nacional significativa de baterías. Pero hay potencialmente muchos recursos de litio en los Estados Unidos que podrían explotarse. Por lo tanto, estamos analizando si esos recursos se pueden extraer y utilizar de una manera realmente respetuosa con el medio ambiente, de modo que sean fuentes de litio verdaderamente ‘verdes’”.

Se espera que la extracción de litio de las salmueras geotérmicas sea particularmente desafiante. La salmuera está extremadamente caliente cuando sale del subsuelo y contiene un rico guiso de muchos minerales disueltos además del litio. Stringfellow, señalo “Sale a más de 100 grados Celsius”, entonces, “Tienes que lidiar con el calor. Y es muy, muy salino, alrededor del 25% en peso. Hay mucha sal, es decir, mucho sodio, mucho cloruro. También hay mucho calcio y magnesio, y otras cosas como hierro y silicio. Todos estos son materiales que podrían interferir potencialmente con la extracción”.

El Departamento de Energía (DOE) está interesado tanto en la energía geotérmica como en la cadena de suministro de litio, dijo Stringfellow, experto en tratamiento y gestión de residuos industriales. “La Oficina de Tecnologías Geotérmicas del DOE nos encargó la realización de un análisis independiente de la tecnología de extracción de minerales en el contexto de la producción de energía geotérmica”, igualmente, “Ha habido revisiones previas de procesos fundamentales individuales, pero esta es, hasta donde sabemos, la primera revisión integral que analizó el lado más científico aplicado del proceso”.

Stringfellow y el coautor Patrick Dobson, líder del programa de sistemas geotérmicos de Berkeley Lab, analizaron la literatura publicada y los informes industriales y gubernamentales, y realizaron una revisión exhaustiva de las patentes de tecnología de extracción de litio. El método más avanzado tecnológicamente de extracción de litio es la adsorción de litio mediante sorbentes inorgánicos, pero también se están desarrollando otras tecnologías prometedoras. Se están aplicando sorbentes de intercambio iónico de tamiz molecular inorgánico para la extracción de litio de salmueras, y la aplicación pasada y actual de esta tecnología se discute en el documento.

Dobson y Stringfellow son miembros del Centro de Investigación e Innovación de Recursos de Litio (  Lithium Resource Research and Innovation Center (LiRRIC – LiRRIC), establecido en Berkeley Lab para desarrollar ciencia y tecnología para la extracción, refinación y síntesis de materiales domésticos sostenibles de litio para aplicaciones como baterías.

Los proyectos recientes se han centrado en cómo determinar la composición química de la salmuera caliente en tiempo real, sin necesidad de enfriarla, lo que permite un mejor control del proceso para maximizar la eficiencia de la extracción de litio. También están trabajando en un análisis tecnoeconómico con dos compañías que operan en el Mar de Salton, Berkshire Hathaway Energy y Controlled Thermal Resources, para ver si las tecnologías de extracción de litio se pueden hacer de una manera que las haga competitivas en costos con otras formas de producción de litio. Estos esfuerzos cuentan con el apoyo de la Comisión de Energía de California y la Oficina de Fabricación Avanzada del DOE.

Mike Whittaker, director de LiRRIC, señalo “Berkeley Lab fue pionero en tecnologías de baterías de litio y continúa impulsando la vanguardia de la innovación en baterías de litio mediante el uso de recursos naturales y la interacción equitativa con las comunidades en las que residen estos recursos”.

El trabajo fue apoyado por la Oficina de Tecnologías Geotérmicas del Departamento de Energía.

Nota de imagen: La salmuera caliente que surge del subsuelo como parte de la producción de energía geotérmica en el Mar Salton en California es un guiso rico en minerales, que incluyen hierro, magnesio, calcio, sodio y litio. Utilizando varias técnicas de extracción, el cloruro de litio se puede extraer de la salmuera y luego procesarse en otras formas para la producción de baterías. (Crédito: Jenny Nuss/Berkeley Lab)

Para obtener más detalles sobre la investigación europea sobre la extracción de litio a partir de salmueras geotérmicas, consulte el sitio web del proyecto EU GeLI aquí.

Fuente: Lawrence Berkely Lab