La startup Rock Zero sta commercializzando la ricerca, che potrebbe ridurre i costi e le emissioni di carbonio legate alla produzione di litio.
I ricercatori affermano di aver trovato un nuovo modo per estrarre il litio, un metallo fondamentale utilizzato nelle batterie agli ioni di litio che alimentano i veicoli elettrici e i sistemi di accumulo di energia. Questa nuova tecnica potrebbe essere più rispettosa dell’ambiente e più economica rispetto a quelle esistenti.
La ricerca è stata pubblicata oggi su Science e una startup chiamata Rock Zero sta lavorando per commercializzare il processo.
“Su larga scala, crediamo che questo sarà il modo più economico al mondo per procurarsi il litio”, afferma Yet-Ming Chiang, uno degli autori dello studio, professore al MIT e imprenditore seriale alla guida di aziende di tecnologia climatica tra cui Form Energy e Addis Energy.
Il modo più economico per ottenere il litio attualmente è estrarlo dalla salamoia, acqua salata che nel corso dei millenni ha estratto il metallo dalla roccia. Ma questa tecnica è limitata geograficamente e attualmente richiede vaste distese di terra per enormi bacini di evaporazione. La tattica più comune è l’estrazione da roccia dura, in cui grandi masse di minerale vengono fatte esplodere, cotte ad alte temperature e lavorate utilizzando sostanze chimiche pericolose.
Il nuovo metodo dei ricercatori utilizza un acido debole per dissolvere minerali silicatici tipicamente non reattivi. Ciò libera non solo il litio, ma anche altri materiali utili, tra cui l’allumina e la silice.
L’origine di questa ricerca, e della società che ne è derivata, risale a un’altra startup fondata da Chiang, la Sublime Systems, che produce cemento utilizzando l’elettrochimica.
Il team stava cercando di trovare una fonte di silice altamente reattiva per produrre un cemento più resistente. Un modo per ottenere materiali reattivi, in grado di legarsi facilmente con altri materiali, consiste nel prendere un materiale non reattivo, dissolverlo e poi lasciarlo solidificare in una forma più reattiva. Non è impossibile sciogliere i silicati, ma il modo più noto è usare l’acido fluoridrico, una sostanza chimica estremamente pericolosa. Anche altre sostanze chimiche contenenti fluoro sono possibili, ma alcune producono acido fluoridrico come sottoprodotto durante le reazioni.
Chiang ha tratto ispirazione da un precedente progetto di ristrutturazione domestica che coinvolgeva il vetro, composto da silice. “Stavo ristrutturando una doccia a Framingham, nel Massachusetts, circa 25 anni fa”, racconta. “Quindi, quando abbiamo avviato questo progetto, mi sono ricordato di quella crema per incidere il vetro e ho pensato: ‘Cosa c’è dentro?’”
La crema per incidere il vetro di cui si ricordava, che si trova sugli scaffali di qualsiasi negozio di artigianato o di bricolage, utilizza il fluoruro di ammonio, un acido debole. E i ricercatori del MIT hanno scoperto che, nelle giuste condizioni, può dissolvere efficacemente i minerali silicatici senza produrre acido fluoridrico nel processo.
Questa reazione chimica potrebbe essere utile per qualsiasi minerale silicato, e ce ne sono molti. Ma lo spodumene, il minerale spesso estratto per ricavarne il litio, è diventato il primo obiettivo principale. (Chiang afferma che un suggerimento di Doug Wicks, uno dei consulenti dell’azienda ed ex funzionario dell’ARPA-E, ha indirizzato il team verso lo spodumene).
Da sinistra a destra: spodumene, silice, allumina e sali di litio.
ROCK ZERO
Oggi, una fase fondamentale nella lavorazione del minerale di spodumene consiste nel cuocerlo in un forno a temperature altissime. Questo provoca una trasformazione di fase, che essenzialmente fa gonfiare il materiale e rende il litio più accessibile.
Evitando la necessità di raggiungere queste temperature, si potrebbero risparmiare sui costi energetici e potenzialmente ridurre anche le emissioni di carbonio, afferma Camden Hunt, uno degli autori dello studio e CEO e cofondatore di Rock Zero.
Evitare l’uso del forno potrebbe anche consentire di utilizzare alcuni minerali che non possono essere sottoposti a una cottura adeguata, aggiunge Hunt. Il minerale che contiene troppo ferro non subirà correttamente il cambiamento di fase, ma si scioglierà trasformandosi in un materiale vetroso.
Il nuovo processo si basa su semplici serbatoi di plastica agitati e avviene a temperature fino a circa 95 °C (200 °F). Il fluoruro di ammonio dissolve i silicati, il che in precedenti esperimenti ha permesso di estrarre quasi tutto il litio contenuto nel minerale di spodumene nel giro di un paio di giorni. Da allora i ricercatori hanno ridotto questo tempo a meno di 12 ore, afferma Benjamin Mowbray, primo autore dello studio e direttore tecnico e cofondatore di Rock Zero.
I prodotti (dopo alcune fasi aggiuntive di purificazione) sono il carbonato di litio, che può essere utilizzato per produrre batterie; l’allumina, che può essere inviata a una fonderia per produrre alluminio; e la silice cementizia, che può essere aggiunta al calcestruzzo. Inoltre, l’acido può essere riutilizzato nello stesso ciclo.
Chiang definisce questo processo “estrazione nose-to-tail”, ovvero l’utilizzo di ogni parte del minerale fornito, proprio come si mangiano tutte le parti di un animale macellato.
I ricercatori stanno attualmente lavorando per scalare e ottimizzare il processo. I serbatoi del laboratorio di Cambridge, nel Massachusetts, possono trattare tre chilogrammi di concentrato di spodumene per ogni lotto.
Hanno anche stimato il costo di questo processo una volta che sarà pienamente scalato. Supponendo che il fluoruro di ammonio possa essere riciclato in misura elevata, dovrebbero essere in grado di estrarre litio per meno di 6.000 dollari per tonnellata metrica. (Hanno anche individuato una potenziale fonte industriale economica dell’acido, in alternativa al suo riciclaggio).
Si prevede che il costo totale sarà inferiore a quello di altri processi utilizzati oggi per estrarre il litio dal minerale di roccia dura e potrebbe essere competitivo con la salamoia.
Il team ha progettato un impianto pilota e sta cercando uno spazio per costruirlo. Il piano è di completare la costruzione entro la fine del 2026 e di avviare l’impianto nel 2027. Sono in corso trattative con potenziali partner nel settore minerario.
Una difficoltà per i nuovi attori nell’estrazione del litio è la volatilità del mercato: i prezzi hanno registrato enormi oscillazioni negli ultimi anni, da un picco nel 2022 ai minimi alla fine del 2024 e una lenta risalita a partire dall’inizio del 2026.
L’aumento dei prezzi potrebbe avvantaggiare nuovi operatori come Rock Zero, ma ci sono molti progetti che potrebbero entrare in funzione se i prezzi continuassero a salire, e questo potrebbe far crollare nuovamente il mercato, afferma Simon Jowitt, presidente di geologia esplorativa presso l’Università del Nevada, Reno. “La gente sta aspettando di vedere cosa succederà con il prezzo del litio”, dice. “È un mercato affollato, e ci sono alcuni grandi operatori in giro”.
E anche se le batterie stanno facendo aumentare la domanda di litio, il mercato è ancora relativamente piccolo, aggiunge Jowitt: “Ciò significa che sarà volatile”. Le nuove tecnologie di estrazione del litio come quella di Rock Zero dovranno competere con i metodi utilizzati dai giganti esistenti, e c’è anche la possibilità che alternative tecnologiche, come le batterie agli ioni di sodio che non necessitano di litio, possano rendere il mercato più difficile da navigare, afferma Jowitt. Egli ritiene inoltre che alcune delle stime economiche dell’azienda potrebbero essere ottimistiche.
Da parte sua, il team di Rock Zero spera non solo di estendere questa tecnologia al litio, ma di utilizzarla in futuro anche per altri minerali. Come afferma Mowbray, «la crosta terrestre è composta da silicati».
Foto di copertina: la miniera di litio di Greenbushes in Australia è la più grande miniera di litio da roccia dura al mondo. Adobe Stock
