Trabajadores en un estanque de evaporación de litio en el desierto de Atacama en Chile. Fuente: Philippe Psaila/Science Photo Library La d...
La demanda de litio para baterías y otras tecnologías verdes se está disparando. La industria debe desarrollar métodos sostenibles para eliminar y procesar el elemento de los minerales y salmueras para evitar daños ambientales.
14 abril 2023.- La demanda de litio se dispara. El elemento es un ingrediente crucial en las tecnologías ecológicas, incluidas las baterías de los teléfonos, las computadoras portátiles, los automóviles eléctricos y las redes eléctricas 1 , 2 . Las baterías de iones de litio se encuentran entre las mejores opciones para mantener la carga y entregar energía de manera eficiente. Para 2025, se prevé que la demanda de litio elemental sea tres veces mayor (150 000-190 000 toneladas) que en 2018 3 . Y para 2100, eso podría aumentar a 400 000–700 000 toneladas por año 4 .
En teoría, hay suficiente litio en el suelo para satisfacer esa necesidad: aproximadamente 20 millones de toneladas (Mt) están disponibles en reservas donde el elemento es económico de extraer, y casi 90 Mt más se han identificado en otros lugares 5 . Pero, en la práctica, hay un cuello de botella en la producción. Es lento y costoso abrir nuevas minas e instalaciones de procesamiento, por lo que la demanda podría superar la oferta en la próxima década (ver 'brecha de suministro de litio').
La Agencia Internacional de Energía (AIE) predice que, para 2030, los productores podrán satisfacer solo la mitad de las necesidades de la industria del litio mientras cumplen los objetivos de sostenibilidad que están en línea con el acuerdo climático de París 6 .
Brecha de suministro de litio. Fuente: AIE
Los métodos utilizados para extraer y procesar litio a partir de rocas, salmueras y arcillas tampoco están a la altura. Han cambiado poco durante el siglo pasado y dependen de procesos mecánicos y químicos que son ineficientes, derrochadores y dañinos para el medio ambiente. Es necesario repensar toda la base de la extracción y el procesamiento del litio.
Convencionalmente, los minerales rocosos se tuestan a 1.100 °C y luego se hornean en ácido a 250 °C para liberar ('lixiviar') litio en su forma de sulfato (Li 2 SO 4 ) 7 . Se utiliza un procedimiento similar para las arcillas 8 . A continuación, los metales no deseados se separan mediante media docena de reacciones químicas, que requieren más calor y reactivos. Finalmente, la solución se evapora para dejar carbonato de litio puro (Li 2 CO 3 ) o hidróxido de litio (LiOH). Las salmueras se tratan de manera similar, o se pueden dejar afuera para que se evaporen durante meses o un año, una tasa que es demasiado lenta para impulsar la industria.
El procesamiento químico del litio también consume mucha energía y agua: producir 1 tonelada de sales de litio requiere aproximadamente tanta electricidad como la que consumen seis hogares estadounidenses en un año (60 megavatios hora), así como el agua de una pequeña piscina (70 metros cúbicos). Genera muchos residuos sólidos 9 y emisiones. Según la materia prima, la producción de 1 tonelada de Li 2 CO 3 o LiOH libera entre 3 y 17 toneladas de dióxido de carbono, de 2 a 11 veces más que para 1 tonelada de acero, y más que un vuelo de ida y vuelta para un pasajero desde San Francisco a la ciudad de Nueva York (aproximadamente 1,5 toneladas de CO 2 ).
En total, el procesamiento representa alrededor del 70 % de las emisiones de CO 2 asociadas con la producción de litio 6; la minería y el transporte son responsables del resto (ver 'Emisiones por extracción de litio'). Según nuestros cálculos utilizando datos de la IEA, esto totalizó 3,6 millones de toneladas de CO 2 en 2020 para Li 2 CO 3 . Para 2050, los datos de la AIE sugieren que esas emisiones podrían aumentar a 60 millones de toneladas de CO 2 por año.
Emisiones por extracción de litio. Fuente: AIE
La expansión de la minería también tiene muchas desventajas. La mayor parte del litio del mundo proviene de unas pocas regiones remotas 5 . Más de la mitad (54%) se extrae en Australia Occidental a partir de minerales de roca dura 'spodumene'. Las salmueras son la siguiente fuente más común y se encuentran en piscinas superficiales y manantiales geotérmicos en las salinas (salares) del 'triángulo de litio' entre Chile, Bolivia y Argentina, y en California. También se han identificado arcillas que contienen litio en el desierto de Mojave en el sur de California, el sur de Nevada, México, Serbia y Tanzania.
Estas regiones predominantemente secas ya experimentan estrés hídrico, que se ve agravado por los riesgos climáticos, incluidos el calor extremo y las inundaciones. Las inundaciones pueden propagar la contaminación a los cuerpos de agua cercanos. Por ejemplo, los desechos o 'ganga' que quedan en los estanques de evaporación contienen metales pesados, como arsénico, talio y cromo, así como uranio y torio, elementos radiactivos naturales que también están presentes en los minerales de litio.
Las consecuencias sociales adversas de la minería van desde protecciones inadecuadas de seguridad y salud hasta violaciones de los derechos humanos. Será esencial que las empresas mineras de litio mantengan los sólidos compromisos ambientales, sociales y de gobernanza que muchas han hecho para continuar protegiendo el medio ambiente y la salud de los trabajadores y los residentes locales (ver, por ejemplo, go.nature.com/3k3qfbb ) .
Si nada cambia, simplemente aumentar la producción de litio en los sitios existentes podría anular los beneficios de las tecnologías limpias que impulsan.
Referencias
1. BNEF. Energy Storage Outlook 2019 (BloombergNEF, 2019).
2. Federal Consortium for Advanced Batteries. United States National Blueprint for Lithium Batteries 2021–2030 (US Dept Energy, 2021).
3. Battistel, A., Palagonia, M. S., Brogioli, D., La Mantia, F. & Trócoli, R. Adv. Mater. 32, 1905440 (2020). Artículo
4. Ambrose, H. & Kendall, A. J. Indus. Ecol. 24, 80–89 (2020). Artículo
5. USGS. Mineral Commodity Summaries 2021 (US Geological Survey, 2021).
6. IEA. The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions (International Energy Agency, 2021).
7. Ellestad, R. B. & Milne, L. K. Method of extracting lithium values from spodumene ores. US patent US2516109A (1950).
8. Zhao, H., Wang, Y. & Cheng, H. Hydrometallurgy 217, 106025 (2023). Artículo
9. Kelly, J. C., Wang, M., Dai, Q. & Winjobi, O. Resour. Conserv. Recycl. 174, 105762 (2021). Artículo
10. Snydacker, D. H., Hegde, V. I., Aykol, M. & Wolverton, C. Chem. Mater. 30, 6961–6968 (2018). Artículo
11. IEA. Global Supply Chains of EV Batteries (International Energy Agency, 2022).
12. Martens, E. et al. Sci. Adv. 7, eabf9971 (2021). Artículo
13. Lun, Z. et al. Nature Mater. 20, 214–221 (2021). Artículo
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