Crédito: Recursos, conservación y reciclaje (2024). Doi: 10.1016/j.resconrec.2024.107980
Un equipo de investigadores de UConn College of Engineering (COE), dirigido por Burcu Beykal, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de CoE, han estado estudiando métodos para extraer litio de diferentes fuentes, incluidas salmueras y agua de mar. El litio se ha convertido en un recurso invaluable y muy buscado en los campos de almacenamiento de energía y sostenibilidad, especialmente con la proliferación de vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos cotidianos como teléfonos y computadoras portátiles.
Según Beykal, muchos sectores críticos, como la energía, la defensa y la fabricación de alta tecnología, dependen de la disponibilidad de recursos no sustituibles conocidos como minerales críticos. El litio está en la parte superior de esa lista. Es la columna vertebral elemental de los sistemas modernos de almacenamiento de energía, ya que es el material funcional clave en el cátodo y el electrolito de las baterías de iones de litio.
Además, casi un tercio de todas las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. UU., Principalmente del dióxido de carbono (CO2), provienen del sector del transporte, donde se consumen aproximadamente 200 mil millones de galones de gasolina anualmente, explica Beykal. Y con proyecciones para un aumento de diez veces en el pronóstico global del mercado de vehículos eléctricos para 2030, la demanda de litio también se disparará.
“En este momento, la mayoría de la extracción de litio ocurre en unas pocas regiones a nivel mundial, creando riesgos de la cadena de suministro para Estados Unidos”, dice Beykal. “Mi investigación explora cómo podemos recuperar el litio de manera más sostenible y nacional: particularmente de fuentes subutilizadas como salmueras geotérmicas que se encuentran aquí en los Estados Unidos continentales que estamos preguntando:” ¿Podemos diseñar mejores procesos para hacer que la recuperación de litio nacional sea económica y ambientalmente viable viable? “
Según el informe 2023 del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) 2023, aproximadamente el 80% del suministro global de litio se asigna para el uso de la batería, lo que refleja el papel crucial del litio en las baterías de iones de litio, así como su demanda significativa en diversas industrias, incluidas las aleaciones de aviación de luz, la producción de vidrio, la fabricación de catalizador, los cosméticos y la industria nuclear.
“Sin soluciones ambientalmente sostenibles y asequibles, estamos llegando a un punto de inflexión donde la demanda superará con creces la disponibilidad de suministro de litio”, dice Beykal. “Aunque los océanos contienen una vasta reserva de aproximadamente 231.4 billones de toneladas de litio disuelto, su baja concentración hace que la recuperación de litio del agua de mar económicamente no viable. Por lo tanto, el litio actualmente solo se extrae de los minerales de rocas duras y las salmueras continentales, como los lagos de sal, con salsas que contienen 61.8% y minerales para el 25% de los recursos totales de los recursos totales”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”. “.”.
La demanda de litio supera la oferta
Según el reciente informe del USGS (US Geological Survey, 2023), aproximadamente 98 millones de toneladas métricas de recursos de litio están disponibles a nivel mundial; Sin embargo, solo se pueden acceder 26 toneladas métricas para la extracción. Además, con las crecientes preocupaciones ambientales sobre el procesamiento de mineral y salado del lago Salt, así como el acceso a materias primas convencionales a nivel mundial, existe un creciente interés en los Estados Unidos para extraer litio de fuentes no convencionales como las salmueras geotérmicas que se encuentran a lo largo de la costa oeste, específicamente en California.
Según Beykal, la salmuera geotérmica es un recurso emergente, que ofrece energía renovable y minerales esenciales desde una sola operación. Estas soluciones de solución salina en caliente desde el subsuelo de la Tierra generan electricidad girando turbinas cuando se bombean a la superficie. También son ricos en minerales, ya que los fluidos calientes que circulan a través de formaciones de rocas con minerales disuelven minerales y metales en la solución.
Las altas cantidades de litio, junto con otros minerales valiosos como el boro y el potasio, hacen de las salmueras geotérmicas una materia prima deseable para la recuperación de litio. Como tal, el Departamento de Energía de los Estados Unidos reconoció la región del Mar de California como un recurso de litio doméstico a partir de noviembre de 2023.
Los desafíos, señala Beykal, van más allá de las limitaciones geográficas. Los métodos de extracción actuales también son insostenibles ambientalmente, los recursos disponibles no son fácilmente accesibles, la extracción requiere una cantidad significativa de agua y energía, y las emisiones químicas, residuales y de aire son altas.
“Además, hay una falta de modelos de procesos en profundidad y evaluaciones económicas y ambientales del proceso de recuperación de litio a gran escala de fuentes no convencionales”, dice Beykal. “La integración de la evaluación tecnioeconómica y el análisis del ciclo de vida en la evaluación de los procesos de recuperación de litio es crucial para comprender su viabilidad económica e impacto ambiental”.
Beykal y su equipo, que incluye a Hasan Nikkhah, el Prof. Andrea Di Maria de la Universidad de Liège y el Prof. Giuseppe Granata de Ku Leuven, también están examinando procesos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. Su trabajo incorpora técnicas de reciclaje en el sitio, reduciendo efectivamente los gastos operativos y utilizando procedimientos innovadores que reducen efectivamente las emisiones de dióxido de carbono en un 50%.
Nikkhah es un estudiante graduado que trabaja con Beykal. Su papel de investigación se centra en los aspectos técnicos y económicos de la recuperación de litio de la salmuera geotérmica, donde, dice, rápidamente vieron margen significativo de mejora, particularmente en la integración del proceso de recuperación de litio con tecnologías de captura de carbono para hacer que el proceso sea más sostenible y multipropósito.
“Después de desarrollar un modelo de proceso, ampliamos el alcance para determinar cómo Estados Unidos puede construir una cadena de suministro de EV nacional y resistente”, explica Nikkhah. “Luego desarrollamos modelos matemáticos para diseñar y optimizar las cadenas de suministro, identificando dónde la extracción de litio, la fabricación de baterías y las plantas de producción de EV deben ubicarse en los EE. UU. Para satisfacer la demanda EV de estado por estado. El objetivo es reducir los costos totales y disminuir la dependencia de las importaciones, especialmente dados los altos costos de transporte asociados con componentes pesados como las baterías pesadas y los EV”.
Mejorar los procesos y reducir el impacto ambiental
El equipo también propuso un nuevo proceso de reciclaje para la reutilización en el sitio de agentes precipitantes, lo que reduciría las emisiones de CO2 en casi la mitad. El estudio es publicado en recursos, conservación y reciclaje.
“Nuestra investigación busca desarrollar el primer gemelo digital de extremo a extremo de un proceso de producción de litio sostenible a gran escala a partir de salmueras geotérmicas utilizando precipitación química”, explica Beykal. “Ciertamente hay una creciente atención en la investigación de extracción de litio, y estamos a la vanguardia de este esfuerzo, construyendo experiencia única en recuperación y posicionamiento de litio a gran escala UConn y la Facultad de Ingeniería como líder en este campo estratégicamente importante”.
Beykal y su equipo ahora están trabajando para trazar la cadena de suministro de litio más amplia de los Estados Unidos y comprender cómo las diferentes materias primas nacionales, como las salmueras geotérmicas, el agua de mar, las arcillas y las baterías recicladas, pueden contribuir. También están extendiendo sus modelos computacionales para evaluar y optimizar una variedad de estrategias de extracción, no solo las que han estudiado hasta ahora.
A través de este trabajo, Nikkhah dice que ha ganado una apreciación más profunda de cuán complejos e interconectados son realmente los sistemas de energía limpia, y habla de cuán valioso es su trabajo para la sostenibilidad ambiental y la creación de empleo.
“Cada decisión, como dónde localizar una instalación o cómo se deben transportar los materiales, tiene un efecto dominó en la eficiencia general, el costo y el impacto ambiental de la cadena de suministro”, enfatiza Nikkhah.
“El litio no es solo un componente clave para la energía limpia, sino un recurso estratégico vinculado a la seguridad nacional y la resiliencia económica. A través de nuestra investigación, aprendí que una cadena de suministro de litio nacional podría generar más de 100,000 empleos directos en los Estados Unidos. Contribuir a esa visión hace que este trabajo sea recompensado profesionalmente y personalmente significativo”.
Más información: Hasan Nikkhah et al, diseño de procesos sostenibles para la recuperación de litio de salmueras geotérmicas utilizando precipitación química, recursos, conservación y reciclaje (2025). Dos: 10.1016/j.resconrec.2024.107980
Proporcionado por la Universidad de Connecticut
Cita: la salmuera geotérmica puede tener una clave para los desafíos energéticos almacenados (2025, 15 de julio) recuperado el 15 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-geothermal-brine-key-energy.html
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