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Litio dall’acqua di mare per soddisfare la domanda di batterie, l’innovativa soluzione dell’Università di Chicago

Si stima che entro la fine del decennio, le vendite di veicoli elettrici porteranno la domanda di litio a cinque volte il suo livello attuale. Questo improvviso aumento ha fatto cercare alle aziende nuove fonti del prezioso metallo, ma uno scienziato della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago crede che abbiamo tutto il litio di cui abbiamo bisogno, e sta aspettando appena al largo.

Attualmente, circa il 75% del litio mondiale proviene da un tratto montuoso di terra a cavallo tra Argentina, Bolivia e Cile, un’area chiamata Triangolo del Litio. Lì, il metallo viene estratto pompando salamoia in giganteschi bacini all’aperto dove viene evaporato nell’arco di un anno. Tuttavia, questo lungo processo presenta un grosso collo di bottiglia in un mondo affamato di litio e, sebbene esistano altre fonti, la maggior parte ha un costo ambientale.

Per prevenire l’incombente carenza, molti Paesi, compresi gli Stati Uniti, sono alla ricerca di metodi di estrazione sostenibili per l’elemento richiesto. E qui che entra in gioco Chong Liu, Neubauer Family Assistant Professor presso la Pritzker School of Molecular Engineering.

Liu è una scienziata dei materiali: studia le proprietà della materia per creare materiali altamente specializzati. Attualmente, il suo laboratorio sta sviluppando un nuovo tipo di elettrodo in grado di estrarre elementi preziosi dall’acqua di mare utilizzando un processo chiamato intercalazione elettrochimica. E mentre il lavoro di Liu è ancora nelle sue fasi iniziali, potrebbe presentare uno dei metodi più sostenibili per estrarre il litio ovunque.

“La nostra grande motivazione è quella di creare un processo che sia il più ecologico possibile”, ha detto Liu. “Dal momento che stiamo adottando un approccio elettrochimico, evitiamo completamente la necessità di calore intenso o acidi forti, e otteniamo solo l’elemento che vogliamo: questa è la selettività di un singolo ione”.

Questo approccio è uno di quelli che il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti sta prendendo sul serio. Il 2 settembre, Liu è stato nominato uno dei 13 ricercatori a ricevere parte di un fondo di 30 milioni di dollari volto a garantire la fornitura di materiali critici della nazione per le tecnologie energetiche pulite.

Per capire il metodo di Liu, è utile immaginare un elettromagnete. Simile a come un elettromagnete può attrarre e raccogliere metalli ferrosi, il processo di Liu può attrarre e raccogliere litio. Non c’è magnetismo nell’intercalazione elettrochimica – invece, gli ioni sono attratti da un campo elettrico – ma il principio è simile. I lavoratori sarebbero in grado di immergere un array di elettrodi in una pozza di acqua di mare, attirare il litio e quindi rilasciare il litio raccolto in un serbatoio di stoccaggio.

Ci sono sfide a questo approccio, però. Poiché la concentrazione di litio nell’acqua di mare è piuttosto bassa, circa 0,2 parti per milione, qualsiasi tecnica di estrazione dovrà essere estremamente efficiente per estrarre il litio a un ritmo ragionevole. Inoltre, per utilizzare questi elettrodi su scala industriale, dovranno essere realizzati in materiale altamente selettivo e altamente resistente. Scegliere il miglior candidato per questo richiederà tempo.

Liu comprende queste sfide e le ha spiegate a livello di progettazione. Il suo laboratorio ha già visto risultati promettenti nel processo di selezione dei materiali, restringendo i candidati a poche famiglie probabili, che sta lavorando per perfezionare ulteriormente con nuove tecniche di apprendimento automatico. La sua speranza è che entro il prossimo decennio ci sarà un nuovo sistema completamente sostenibile per l’estrazione del litio.