L’estrazione diretta del litio (DLE) è un insieme emergente di tecnologie volte ad affrontare le limitazioni del metodo convenzionale di estrazione del litio per evaporazione dalle salamoie.
Queste tecniche promettono tempi di estrazione più rapidi e rese più elevate, ampliando potenzialmente la gamma di risorse di salamoia utilizzabili in diverse posizioni geografiche. Con l’aumento della domanda globale di litio e il cambiamento dei panorami normativi, il ruolo della DLE nella filiera di fornitura delle batterie in evoluzione merita un esame più approfondito.
Il rapporto di IDTechEx, “Estrazione diretta del litio 2025-2035: tecnologie, attori, mercati e previsioni”, prevede che la DLE sconvolgerà il mercato dell’estrazione della salamoia, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 19,6%, rendendolo il segmento in più rapida crescita nel settore. Al contrario, si prevede che il mercato globale del litio si espanderà a un CAGR del 9,7% tra il 2025 e il 2035.
DLE per espandere la fattibilità dell’estrazione del litio
Le risorse di salamoia di litio esistono in varie forme, con le salamoie continentali che sono la fonte più comune e attualmente sfruttata. Questi depositi includono laghi salati/pianure e si trovano principalmente nel “triangolo del litio”, che comprende regioni in Bolivia, Cile e Argentina. Il Salar de Atacama in Cile, dove operano i principali produttori di litio come SQM e Albemarle, è un esempio di questo tipo di risorsa. Di recente, l’estrazione del litio dalle salamoie geotermiche e dai giacimenti petroliferi ha ricevuto maggiore attenzione, grazie allo sviluppo di DLE. La fattibilità dell’estrazione del litio da questi depositi di salamoia dipende da diversi fattori. Mentre la concentrazione (o grado) di litio è un fattore determinante, variabili come il contenuto di impurità, il pH e la temperatura non possono essere ignorate.
Il metodo convenzionale di estrazione del litio che utilizza stagni di evaporazione ha requisiti di qualità della salamoia più rigorosi. Prende di mira salamoie con elevata concentrazione di litio e basso contenuto di impurità, come quelle trovate nel Salar de Atacama in Cile e a Silver Peak in Nevada, USA. Tuttavia, le tecnologie DLE potrebbero essere in grado di ampliare la gamma di risorse di salamoia praticabili, consentendo l’estrazione di litio da salamoie di qualità inferiore e/o da quelle con un contenuto di impurità più elevato. Per sbloccare il potenziale delle salamoie di litio, vengono condotte ricerche e test approfonditi sulle tecnologie DLE. La diversità nelle risorse di salamoia di litio richiede lo sviluppo di processi personalizzati, insieme a test approfonditi, per determinare le opportunità di investimento più promettenti e praticabili.
Sono emerse sei classi distinte di metodi DLE, che si trovano in diverse fasi di sviluppo. La DLE basata sull’adsorbimento ha ricevuto la maggiore attenzione, come dimostrato dal numero più elevato di aziende e progetti dedicati a questo approccio. La DLE basata sull’adsorbimento utilizza assorbenti a base di alluminio per catturare il litio e acqua per rilasciare sali di litio, in genere cloruro di litio. Questo processo è efficace nelle salamoie con elevata salinità, dove gli ioni di litio sono debolmente idratati/stabilizzati. Di conseguenza, questi ioni di litio, accoppiati con anioni corrispondenti come il cloruro, vengono trasportati selettivamente al materiale assorbente. Quando l’assorbente caricato di litio viene lavato con acqua, un eccesso di molecole di acqua libera diventa disponibile per gli ioni di litio, consentendo agli ioni di litio di essere fortemente idratati/stabilizzati in soluzione. Ciò facilita il rilascio di sali di litio dall’assorbente, con conseguente produzione di soluzioni di sale di litio.
Questo processo richiede un volume elevato di acqua. Per ridurre il consumo complessivo di acqua, vengono spesso impiegate tecniche di riciclaggio dell’acqua a scapito di un maggiore consumo di energia. Questa situazione crea un compromesso tra consumo di acqua ed energia. Ottenere metriche di consumo di acqua sostenibili può, quindi, essere un’impresa costosa.
Lo scambio ionico DLE è la seconda tecnologia più avanzata nel campo. Questa tecnologia in genere utilizza assorbenti a base di manganese o titanio per catturare il litio e rilascia sali di litio (ad esempio, cloruro di litio o solfato di litio) lavando con un acido, come l’acido cloridrico, per il sale di cloruro di litio. Un vantaggio fondamentale del DLE a scambio ionico è la sua capacità di estrarre il litio da salamoie di qualità inferiore e di produrre soluzioni con concentrazioni di litio più elevate rispetto al DLE ad adsorbimento.
Di conseguenza, la necessità di separazione dell’acqua e la concentrazione della salamoia possono essere inferiori rispetto al DLE ad adsorbimento. Tuttavia, l’uso di acidi presenta delle sfide, come la logistica di approvvigionamento e trasporto degli acidi ai siti di estrazione se non vengono prodotti in loco. Inoltre, le prestazioni a lungo termine dei materiali a scambio ionico richiedono un monitoraggio a causa di una velocità potenzialmente più rapida di degradazione e dissoluzione in acido.
A differenza del DLE ad adsorbimento, il DLE a scambio ionico non è ancora stato provato commercialmente. Le sue prestazioni e la sua redditività economica richiedono ulteriori miglioramenti per la commercializzazione. I player del DLE, come Standard Lithium e Controlled Thermal Resources, hanno favorito il DLE ad adsorbimento rispetto al DLE a scambio ionico per evitare le complessità associate all’uso di acidi.
Lo sviluppo di altre classi di tecnologie DLE è generalmente rimasto indietro rispetto all’adsorbimento e allo scambio ionico DLE. L’estrazione con solvente DLE funziona sciogliendo selettivamente il litio dalle salamoie nei solventi. Questo approccio in genere utilizza sistemi di solventi multicomponente comprendenti estraenti, co-estraenti e solventi in massa. Mentre l’estrazione con solvente ha mostrato risultati promettenti nella produzione di soluzioni di litio ad alta purezza, rimane sottosviluppata, con solo pochi attori attivi come Adionics ed Ekosolve.
L’attività limitata in questo campo può essere in parte attribuita a fattori come la mancanza di efficaci estraenti al litio e una comprensione limitata dell’ottimizzazione del processo per ottenere un’elevata selettività del litio e un’efficienza di estrazione. Le tecnologie a membrana offrono soluzioni versatili per il recupero del litio dalle salamoie.
Queste tecnologie possono essere classificate in processi a pressione, a guida termica ed elettrica. Mentre alcune tecnologie a membrana, come l’osmosi inversa e la distillazione a membrana, sono principalmente impiegate per la separazione dell’acqua nei flussi di lavoro DLE, altre, come l’elettrodialisi selettiva e la nanofiltrazione, possono ottenere l’estrazione del litio. Originariamente sviluppate per il trattamento e la desalinizzazione delle acque, queste tecnologie richiedono un adattamento per la separazione del litio in salamoie salate per affrontare sfide come l’incrostazione e l’incrostazione delle membrane. La natura non selettiva del litio di molte membrane spesso richiede ulteriori fasi di purificazione per ottenere un flusso di litio ad alta purezza. Le membrane selettive del litio, d’altro canto, rimangono in gran parte nella fase di sviluppo in laboratorio. Sfide come la stabilità chimica e la scalabilità devono essere superate per un uso pratico. La precipitazione elettrochimica e chimica DLE sono prevalentemente nella fase di ricerca in laboratorio e richiedono ulteriore sviluppo prima di poter essere ampliate per la produzione commerciale.
Estrazione personalizzata del litio: DLE di tipo ad adsorbimento in testa
Le tecnologie DLE possono variare ampiamente, alcune sono più dispendiose in termini di energia mentre altre possono richiedere quantità maggiori di reagenti. Anche la loro efficacia e il loro profilo di costo possono variare, a seconda della composizione della salamoia e della posizione geografica. Il flusso di lavoro e l’attrezzatura complessivi per il recupero del litio sono spesso adattati alla risorsa in questione. Tuttavia, le aziende stanno gravitando verso metodi DLE basati sull’adsorbimento. Questa preferenza è probabilmente guidata da diversi fattori: l‘adsorbimento è la tecnologia DLE più compresa e attualmente l’unica comprovata commercialmente. Richiede anche un utilizzo minimo/nullo di sostanze chimiche. Si prevede che l’adsorbimento DLE dominerà il mercato nei prossimi 5-10 anni.
Il rapporto di IDTechEx sull’estrazione diretta del litio fornisce un’analisi approfondita delle tecnologie DLE, tra cui analisi SWOT di vari metodi e casi di studio di attori chiave del settore
Autore: Dott. Jiayi Cen, analista tecnologico presso IDTechEx
Fonte: IDTechEx
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