Un nuovo meccanismo di separazione sviluppato all’Università del Michigan permette di estrarre litio anche da salamoie ricche di magnesio, aprendo scenari più sostenibili per batterie ed economia circolare
Il litio è il nuovo petrolio? Probabilmente si, considerati i ritmi con cui cresce la domanda a livello globale. Questo metallo, infatti, è una materia prima strategica per la transizione energetica essendo l’ingrediente principale delle batterie dei veicoli elettrici e degli accumulatori fissi.
Attualmente il litio si ricava in con due metodi di estrazione:
- da minerali grezzi, un procedimento costoso, energivoro e con un impatto ambientale significativo. Infatti quando viene estratto, le acque potabili sono contaminate con metalli e sostanze chimiche nocive.
- dalle piane di sale, pompando la salamoia da saline o laghi salati sotterranei. Un metodo molto lungo, perché il processo di evaporazione dell’acqua può arrivare fino a 3 anni, ed anche in questo caso è piuttosto costoso, oltre che nocivo per l’ambiente perché per ottenere il litio dal sale, viene sottoposto a processi di raffinazione con trattamenti chimici.
Dai laboratori di ricerca dell’università del Michigan, negli Stati Uniti, una scoperta con risvolti molto interessanti, che riguarda l’estrazione del litio dalla salamoia.
Litio estratto dalla salamoia: quali limiti?
Nel metodo convenzionale, come abbiamo accennato, la salamoia viene pompata in grandi vasche di evaporazione, dove il sole con l’evaporazione concentra progressivamente i sali. Dopo la cristallizzazione del cloruro di sodio, vengono aggiunte sostanze chimiche nella salamoia per separare il litio residuo. Ma questo processo richiede grandi quantità di acqua, tempi lunghi e un uso intensivo di reagenti chimici con un impatto nocivo per l’ambiente circostante.
Il problema principale è rappresentato dal magnesio, elemento chimicamente simile al litio. Quando il rapporto magnesio/litio è elevato, il magnesio forma solidi indesiderati insieme al litio, rendendo necessarie ulteriori fasi di separazione. Questo aumenta costi, sprechi e impatto ambientale, motivo per cui molte salamoie sono classificate come di bassa qualità e lasciate inutilizzate.
Scoperta inattesa: il litio attraversa la membrana per primo
Un team di ingegneria chimica dell’università americana ha individuato un meccanismo di separazione sorprendente, pubblicato su Nature Chemical Engineering. Secondo i ricercatori, il litio può essere separato selettivamente dal magnesio senza ricorrere a elettricità o pressione aggiuntiva.
Il cuore della tecnologia è una membrana caricata negativamente che separa una soluzione di salamoia da un compartimento contenente acqua pura. In modo controintuitivo, il litio – che ha una carica positiva più debole rispetto al magnesio – si diffonde attraverso la membrana nell’acqua pura, mentre il magnesio resta confinato nella salamoia. Questo semplice metodo funziona anche ad alta salinità, a differenza di altri approcci per separare il litio mentre è disciolto, e utilizza meno acqua rispetto agli stagni di evaporazione, che hanno rappresentato un problema per le comunità che vivono vicino alle salamoie di litio.
Che cos’è l’equilibrio di carica?
Il comportamento osservato dai ricercatori è spiegato dal principio noto come equilibrio di carica. Per ogni ione positivo che attraversa la membrana, deve muoversi anche uno ione negativo, come il cloruro. Il litio tende a seguire il cloruro per bilanciarne la carica nell’acqua pura.
Al contrario, il magnesio, che ha una carica doppia, viene fortemente attratto dalle cariche negative della membrana stessa. Questa interazione è così intensa che gli ioni di magnesio che tentano di attraversare vengono immediatamente “richiamati” indietro. Il risultato è una separazione selettiva che funziona anche ad alta salinità.
Differenze rispetto al metodo convenzionale
Normalmente, la separazione degli ioni avviene tramite elettrodialisi, un processo che utilizza una corrente elettrica per spingere gli ioni attraverso membrane selettive. In questo caso, però, l’energia elettrica fornisce al magnesio abbastanza forza da superare la barriera della membrana, contaminando la soluzione di litio.
Rimuovendo la corrente elettrica e sostituendo l’elettrolita con acqua pura, i ricercatori hanno ribaltato il comportamento atteso: il litio passa per primo, mentre il magnesio resta bloccato. Una scoperta nata quasi per caso, ma ripetuta e verificata in diverse condizioni sperimentali.
Litio estratto dalla salamoia in maniera sostenibile
La nuova tecnica non separa il litio da ioni con la stessa carica, come il sodio, ma può essere integrata con altri processi, tra cui evaporazione controllata, assorbenti selettivi per il litio o reagenti che precipitano selettivamente il metallo. I prossimi passi prevedono un’analisi tecnico-economica per individuare le combinazioni di processo più efficienti su scala industriale.
Dal punto di vista dell’economia circolare, questa tecnologia rappresenta un potenziale cambio di paradigma. Riduce drasticamente il consumo d’acqua, elimina o limita l’uso di reagenti chimici e rende sfruttabili salamoie di bassa qualità finora considerate non economiche.
Ampliare il bacino di risorse disponibili significa diminuire la pressione su miniere e saline ad alto impatto ambientale, migliorando la resilienza della filiera delle batterie in vista di una domanda che, secondo S&P Global, potrebbe superare l’offerta già entro il 2029.
