Il litio è un elemento cruciale nelle batterie per auto elettriche e nello stoccaggio dell’energia in rete. È il fulcro di un futuro sostenibile, ma è affetto da alcune criticità rilevanti. I metodi convenzionali di estrazione del litio da acqua salata comportano notevoli svantaggi sotto il profilo ambientale, tra cui enormi requisiti di spazio e tempo. I requisiti spesso si estendono su diverse centinaia di metri quadrati e richiedono più di un anno prima che la produzione abbia effettivamente inizio. Nel medio-lungo periodo, dovrà essere trovata una soluzione, altrimenti si profilerebbe un sistema insostenibile. Ecco perché alcune delle menti più brillanti cercano di fornire delle risposte adeguate a questo problema.
L’università di Princeton, una delle più prestigiose al mondo, si è occupata del tema. La risposta fornita dagli studiosi merita di essere almeno presa in considerazione, alla luce delle importanti prospettive associate. Se i successivi controlli confermassero le scoperte, si farebbe un notevole passo avanti nella produzione del litio. Si tratterebbe di una vera rivoluzione basata su un approccio diverso alla questione. Le tecniche finora conosciute presentano dei punti deboli, ed è quindi essenziale pensare fuori dagli schemi.
Anche le idee apparentemente più solide non sono infallibili, soprattutto a causa della scarsità di materie prime. Continuare con lo stesso modus operandi prosciugherebbe ulteriormente la disponibilità delle risorse. Indipendentemente da quante nuove giaciture vengano scoperte, ciò non risolverà il problema della scarsità dei materiali. Ciò poiché non solo l’industria automobilistica, ma anche altre industrie, fa largo uso delle risorse. Quindi, è importante esaminare in dettaglio quale soluzione suggerisce Princeton, come sono giunti a queste conclusioni e perché, prima di valutare le prospettive future.
Batterie al litio: la tecnica su fibre porose
I ricercatori di Princeton hanno sviluppato una metodologia all’avanguardia, descritta in una pubblicazione del 7 settembre su Nature Water, che riduce notevolmente lo spazio e il tempo necessari per la produzione di litio. La tecnica non solo migliora gli impianti esistenti, ma apre anche la strada a potenziali fonti di litio che erano state precedentemente considerate troppo piccole o troppo diluite per essere prese in considerazione.
La tecnica delle batterie al litio si basa su fibre porose accuratamente intrecciate per formare corde. Queste fibre hanno un nucleo che attira l’acqua e una superficie che la respinge. Quando le estremità delle corde vengono immerse in una soluzione di acqua salata, l’azione capillare spinge l’acqua all’interno delle corde, simile al modo in cui gli alberi trasportano l’acqua dalle radici alle foglie.
Sulla superficie di ciascuna fibra avviene una rapida evaporazione, lasciando dietro di sé ioni salini concentrati, tra cui il litio e il sodio. Mentre l’acqua continua a evaporare, i sali cristallizzano, formando cristalli di cloruro di sodio e cloruro di litio sulle corde, agevolando così il processo di raccolta. La tecnica consente anche di far cristallizzare il litio e il sodio in diverse parti delle corde a causa delle loro diverse proprietà fisiche. Il sodio a bassa solubilità cristallizza nella parte inferiore delle corde, mentre i sali di litio altamente solubili cristallizzano vicino alla parte superiore. La separazione naturale consente la raccolta individuale di sodio e litio, senza richiedere l’uso di sostanze chimiche aggiuntive.
Z. Jason Ren, il leader del gruppo di ricerca e professore di ingegneria civile e ambientale presso l’Andlinger Center for Energy and the Environment di Princeton, spiega che l’obiettivo del suo team è sfruttare i processi fondamentali di evaporazione e azione capillare per concentrare, separare e raccogliere il litio. A differenza di molte altre tecnologie di estrazione, non è necessario utilizzare sostanze chimiche aggiuntive. Inoltre, il processo consente di risparmiare notevole quantità di acqua rispetto agli approcci convenzionali basati sull’evaporazione.
I vantaggi
Nei metodi tradizionali di estrazione della salamoia, è necessario costruire ampi bacini per concentrare il litio proveniente da saline, laghi salati o falde acquifere sotterranee, un processo che può richiedere mesi o addirittura anni. Questo è economicamente fattibile solo in specifiche regioni caratterizzate da elevate concentrazioni iniziali di litio, terreni estesi e climi caldi che massimizzano il processo di evaporazione. Per esempio, negli Stati Uniti esiste solo un impianto di estrazione attivo basato sulla salamoia, che copre una superficie di oltre 11 chilometri quadrati nel Nevada.
Al contrario, la tecnica delle corde per le batterie al litio si svolge in spazi notevolmente più ridotti e accelera notevolmente la produzione di litio. Sebbene richieda ancora un passaggio dal laboratorio al livello industriale, riduce l’uso del suolo di oltre il 90 per cento rispetto ai metodi attuali e accelera il processo di evaporazione di oltre 20 volte, consentendo potenzialmente la produzione dei primi raccolti di litio in meno di un mese. Il metodo, compatto, rapido ed economico, potrebbe aprire nuove fonti di litio, precedentemente considerate troppo piccole o troppo diluite per l’estrazione, come pozzi di petrolio e gas in disuso e salamoie geotermiche. Potrebbe persino rendere fattibile l’estrazione del litio dall’acqua di mare.
Tuttavia, prima di considerare il processo completo, la tecnica richiede la risoluzione di diversi punti critici. Per il motivo, gli esperti stanno lavorando per definire una seconda generazione che migliorerà l’efficienza, la resa e il controllo del processo di cristallizzazione. Comunque, l’accessibilità dei materiali e la mancanza di trattamenti chimici suggeriscono che la tecnica potrebbe essere adottata su larga scala. Se si realizzassero i progressi previsti, potrebbe comportare notevoli benefici nella produzione di batterie per auto elettriche.
Al momento in cui scriviamo, alcune sfide non hanno ancora trovato una soluzione definitiva. L’impegno dell’Università di Princeton mira a ridurre in modo significativo l’uso del suolo e ad accelerare la produzione verso un domani sostenibile. La rivoluzionaria tecnica di estrazione ha il potenziale per ridefinire il concetto di energia pulita e le prospettive future, affrontando i limiti dei metodi di estrazione tradizionali. Riducendo notevolmente l’uso del suolo e accelerando la produzione, questa innovazione promette di rendere il litio più accessibile, redditizio ed ecologicamente sostenibile. In tal modo, potrebbe contribuire in modo significativo alla transizione verso una società a basse emissioni di carbonio.
Inoltre, anche se le batterie al litio non sono perfette, rimangono la soluzione preferita dalla maggior parte degli attori dell’industria. Mentre si cercano alternative efficaci, una delle principali critiche a esse associate potrebbe essere affrontata in futuro. Gli autori stanno lavorando per portare la sofisticata tecnologia dal laboratorio al mercato globale, offrendo una soluzione promettente per una delle sfide energetiche più critiche. Per ovvie ragioni, il mercato seguirà da vicino gli sviluppi.
Al momento, sembra esserci chiarezza nelle idee. Anche se il percorso è solo a metà, le prospettive sono incoraggianti. Vedremo se le incoraggianti premesse si tradurranno in passi avanti tangibili nei prossimi anni. Potrebbe essere che una delle principali questioni relative al litio troverà una risposta convincente, rassicurando anche i più scettici riguardo alla sua adozione.