Un nuevo método promete revolucionar la extracción de litio para las baterías y el almacenamiento energético

Un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Austin (Estados Unidos) ha desarrollado un nuevo método para mejorar la extracción de litio, uno de los minerales esenciales para fabricar baterías de vehículos eléctricos, dispositivos electrónicos y sistemas de almacenamiento energético. La tecnología utiliza unos canales artificiales a escala nanométrica que permiten separar este elemento de otros minerales con los que aparece mezclado, lo que podría facilitar su recuperación y avanzar hacia procesos más rápidos, selectivos y menos contaminantes.

El sistema se basa en la creación de diminutos poros integrados en membranas que imitan los canales naturales presentes en las células vivas, encargados de regular la entrada y salida de iones y moléculas. Estas estructuras permiten el paso del litio mientras restringen el de otros elementos que suelen acompañarlo en los depósitos naturales, como el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio.

Según los resultados del estudio, los nuevos canales presentan una selectividad entre dos y cinco veces superior a la de otros sistemas de transporte de litio desarrollados recientemente. Sus creadores aseguran que se encuentran entre los canales más selectivos diseñados hasta la fecha.

"El litio está presente en nuestros teléfonos, nuestros coches y la red eléctrica, pero extraerlo del subsuelo de forma limpia sigue siendo un problema difícil", explica Manish Kumar, profesor de los departamentos de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Medioambiental e Ingeniería Química de la Universidad de Texas y uno de los responsables de la investigación. El objetivo, añade, es conseguir un procedimiento "más rápido, limpio y fácil de operar".

Una alternativa para mejorar la extracción de litio

Uno de los principales desafíos de la industria del litio es separar este mineral de otros elementos con propiedades químicas similares. Se encuentra tanto en yacimientos de roca dura como en salmueras subterráneas, además de estar presente en las baterías usadas que pueden recuperarse mediante procesos de reciclaje. En estos entornos aparece mezclado con diferentes sustancias, lo que dificulta su extracción y posterior purificación.

Los métodos convencionales pueden requerir procesos prolongados y un elevado consumo energético. Además, algunas técnicas generan residuos potencialmente perjudiciales para el medio ambiente. Por ello, el desarrollo de sistemas capaces de seleccionar el litio frente a otros iones constituye uno de los principales retos tecnológicos para mejorar el aprovechamiento de este recurso estratégico.

La propuesta de los investigadores estadounidenses busca superar parte de estas limitaciones mediante el control de las interacciones químicas que se producen en la entrada de los canales. La combinación de los grupos químicos presentes en esa zona y la estructura confinada de los poros favorece el transporte del litio frente al de otros elementos que compiten por atravesar la membrana.

El trabajo amplía una línea de investigación que el mismo equipo había desarrollado anteriormente para separar otros elementos de tierras raras, utilizados en aplicaciones como los imanes de los aerogeneradores, las baterías de los vehículos eléctricos y las pantallas electrónicas.

"Ahora contamos con un conjunto de herramientas, en lugar de un resultado aislado", señala Harekrushna Behera, investigador del laboratorio de Kumar. Según explica, comprender cómo interactúan los distintos iones con los grupos químicos situados en la entrada de los canales permitirá diseñar sistemas de separación cada vez más selectivos, tanto para el litio como para otros minerales críticos.

El reto de trasladar la tecnología a escala industrial

Pese a los resultados obtenidos en el laboratorio, el principal desafío ahora consiste en trasladar esta tecnología a instalaciones de mayor tamaño. Para ello, el equipo trabaja en integrar los canales artificiales en membranas de mayor superficie, utilizando un material desarrollado recientemente por los propios investigadores y formado por capas interconectadas similares a las estructuras celulares. Estas pueden fabricarse a partir de lípidos o de polímeros sintéticos.

La finalidad es conseguir un sistema de funcionamiento continuo que permita separar el litio sin recurrir a disolventes agresivos. Con ello, los investigadores pretenden avanzar hacia un proceso de extracción que reduzca las necesidades energéticas y el impacto ambiental asociado a su obtención.

No obstante, la tecnología todavía debe superar varias fases de desarrollo antes de demostrar su viabilidad industrial. Entre los próximos pasos figura realizar experimentos con salmueras reales, que contienen simultáneamente diferentes tipos de sales, y evaluar el rendimiento de las membranas en condiciones de operación a mayor escala.

Las aplicaciones potenciales tampoco se limitan a la extracción minera. El equipo considera que estos canales podrían utilizarse para recuperar litio de baterías al final de su vida útil y, en una fase posterior, contribuir al desarrollo de mejores sistemas de separación en el interior de las propias baterías.