Qué es el litio geotérmico y por qué puede revolucionar las energías limpias
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En 1864, hace más de un siglo, se descubrió en Cornualles una fuente termal a casi 450 metros bajo tierra. Estaba en Wheal Clifford, una mina de cobre a las afueras de la ciudad minera de Redruth.
Se recogieron muestras en botellas de vidrio sumergidas en las burbujeantes aguas, se sellaron cuidadosamente y se enviaron a analizar. El resultado fue el descubrimiento de una cantidad enorme de litio: entre 8 y 10 veces más por cada galón que la encontrada en cualquier fuente termal analizada con anterioridad. Así que los científicos empezaron a sospechar que podría tener "un gran valor comercial".
Pero la Inglaterra del siglo XIX no tenía necesidad de explotar el mineral, y esta agua rica en litio a 50°C pasó desapercibida durante más de 150 años. Hasta que llegó el otoño de 2020, cuando se confirmó que un sitio cerca de Wheal Clifford en Cornualles tiene uno de los niveles de litio en aguas geotérmicas más altos del mundo.
Y ahora, en estos tiempos, no hay duda del valor comercial del litio. No solo se utiliza para fabricar smartphones o computadoras portátiles, sino que ahora se ha convertido en un elemento clave para la transición a la energía limpia.
El litio es esencial en las baterías de los vehículos eléctricos y para almacenar la energía que producen fuentes renovables de tal forma que pueda liberarse de manera constante y fiable.
La demanda se ha disparado en los últimos años, coincidiendo con la fabricación de cada vez más vehículos eléctricos y con que muchos países, como Reino Unido, Suecia, Países Bajos, Francia, Noruega y Canadá, quieren eliminar gradualmente los automóviles con motor de combustión.
De hecho, se necesitarán cinco veces más litio del que se extrae actualmente para cumplir los objetivos climáticos globales para el 2050, según el Banco Mundial.
Extracción en Chile y Argentina
Pero hay un gran problema. La obtención de litio por medios convencionales tiene su propio costo ambiental, o más bien tres costos juntos: las emisiones de carbono, el uso del agua y el uso de la tierra.
Actualmente, el litio se obtiene principalmente de minas de roca dura, como las de Australia, o de depósitos de salmuera subterráneos debajo de la superficie de los lechos de los lagos secos, principalmente en Chile y Argentina. La minería de roca dura, donde el mineral se extrae de minas a cielo abierto y luego se tuesta usando combustibles fósiles, deja cicatrices en el paisaje y requiere una gran cantidad de agua.
Además libera 15 toneladas de CO2 por cada tonelada de litio, según un análisis de los expertos en materias primas Minviro para la empresa de litio y energía geotérmica Vulcan Energy Resources.
La otra opción convencional, la extracción de litio de los reservorios subterráneos, depende de aún más agua para extraer el litio, y se lleva a cabo en partes del mundo que suelen tener escasez de agua, lo que lleva a las comunidades indígenas a cuestionar su sostenibilidad.
La extracción de litio de las aguas geotérmicas (salmuera) se encuentra no solo en Cornualles, sino también en Alemania y Estados Unidos. Este método tiene una pequeña huella ambiental en comparación con la extracción de los reservorios subterráneos, ya que incluye muy bajas emisiones de carbono.
La salmuera geotérmica es una solución salina concentrada y caliente que circuló a través de rocas muy calientes y se ha enriquecido con elementos como litio, boro y potasio.
Más litio, menos contaminación
En otras palabras, el proceso de extracción de litio de la roca sólida, que consume mucha energía, es en este caso impulsado por energía geotérmica de origen natural. La salmuera en las minas de Cornualles tiene concentraciones de hasta 260 miligramos por litro, fluyendo a una velocidad de entre 40 y 60 litros por segundo.
Eso equivale a aproximadamente una cantidad suficiente de litio para fabricar la batería de un teléfono inteligente típico (2-3 g), según las estimaciones de Cornish Lithium. La demanda de litio con menor huella ambiental parece estar ganando terreno.
Algunos fabricantes de automóviles, como Mercedes-Benz y Volkswagen, están comenzando a pensar en el impacto ambiental y social de su cadena de suministro en la producción de vehículos eléctricos, dice Alex Keynes, de la organización Transporte y Medio Ambiente con sede en Bruselas.
Es preferible usar litio que ya está en circulación, a partir de baterías recicladas y productos electrónicos, a extraer más, dice Keynes. "Dada la enorme demanda que probablemente veremos en los próximos años, [esto] significará que necesitamos acudir a sistemas de extracción".
"En este sentido la recuperación de litio de la salmuera geotérmica parece muy prometedora", agregó.
El descubrimiento del litio en 1864 podría finalmente estar a punto de dar sus frutos. Cornish Lithium, una compañía creada por el exbanquero de inversiones Jeremy Wrathall en 2016, tiene planes para extraer una cantidad de litio potencialmente significativa de la salmuera de las famosas minas cerca de Redruth, en Reino Unido.
Su firma tiene dos proyectos principales en desarrollo: uno está en una planta geotérmica profunda, donde está colaborando con el desarrollador de energía Geothermal Engineering. La empresa de energía ya planea producir calor y energía sin carbono a partir de la misma agua caliente que contiene el litio, a 5,2 km bajo tierra.
Este proyecto de energía geotérmica profunda se llama United Downs.
Otra ventaja
El agua en este sitio también tiene niveles bajos de compuestos de sodio y magnesio, lo que es una señal prometedora ya que estos minerales hacen que la extracción de litio sea más difícil y costosa.
En agosto, el proyecto ganó US$5,3 millones de respaldo del gobierno del Reino Unido, lo que le permitirá construir una planta piloto de extracción de litio en los próximos dos años. El segundo sitio de litio geotérmico se encuentra al lado del proyecto United Downs.
Ya se están realizando evaluaciones del potencial de extracción de litio a una profundidad de 1 km bajo tierra. La extracción de litio de las aguas geotérmicas de Cornualles ha sido posible gracias a los avances tecnológicos tanto en exploración como en extracción, dice la geóloga senior de Cornish Lithium, Lucy Crane.
El poder de las bases de datos
El equipo está utilizando diferentes fuentes de datos para identificar las ubicaciones más probables del litio. "Cornualles tiene una herencia minera asombrosa que se remonta a hace 4.500 años, lo que significa que hay muchísima información sobre el subsuelo", explicó.
Algunos de los mapas históricos están pintados a mano en grandes trozos de vitela (piel de animal utilizada históricamente para escribir). Los documentalistas de Cornish Lithium lo fotografían y lo unen digitalmente para que la información geológica se pueda transformar en mapas 3D.
Eso permite que los datos de las décadas de 1860, 1900 y 1960 se combinen y superpongan con información moderna de satélites y drones. "Esta es una forma realmente poderosa de combinar conjuntos de datos. Permite apuntar de manera eficiente a donde realizar la exploración en el terreno", afirmó Crane.
"Entonces, cuando llegamos a la fase de perforación, estamos lo más seguros posible de que vamos a encontrar algo. Eso es mejor desde un punto de vista económico, pero también minimiza el impacto ambiental del proceso de exploración".
Los avances tecnológicos también están ayudando a hacer posible la extracción de litio de la salmuera. El equipo planea utilizar una técnica llamada extracción directa de litio (DLE), que ha sido desarrollada por varias empresas en Estados Unidos, Alemania y Nueva Zelanda.
Nuevas técnicas
Hay hasta 60 variantes de tecnología DLE, según Jade Cove, una firma de asesoría con sede en San Francisco que rastrea nuevas tecnologías mineras y energéticas. Pero el proceso básico implica el uso de técnicas como la nanofiltración o las resinas de intercambio iónico, que actúan como un tamiz químico para recolectar selectivamente solo cloruro de litio (la forma principal en la que se encuentra el litio en la salmuera), dejando otras sales en el agua.
El cloruro de litio se recupera del tamiz, por ejemplo, lavando las perlas de resina con agua pura e inyectando el agua restante en el suelo a través de pozos. Luego, el cloruro de litio se purifica y se concentra para producir hidróxido de litio, que es con lo que se fabrican las baterías.
Pero esta no es la única forma de obtener litio de la salmuera geotérmica.
En Estados Unidos, William Stringfellow, director del Programa de Investigación de Ingeniería Ecológica del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Estados Unidos, está llevando a cabo una investigación para el Departamento de Energía de Estados Unidos sobre los diferentes métodos para extraer litio de la salmuera.
Una de las propuestas es extraer litio de las salmueras utilizando disolventes diseñados para recolectar iones de litio. Otras incluyen el uso de membranas que solo permiten el paso de los iones de litio y la separación electroquímica, donde los iones de litio son atraídos hacia electrodos cargados.
"DLE no será necesariamente la única tecnología, pero es la primera que se aplicará", comentó Stringfellow.
Dificultades
Todos los métodos tiene un obstáculo principal: obtener solo litio del agua. "Hay muchos otros materiales en la salmuera que potencialmente interfieren con el proceso de extracción de litio [como sodio y magnesio]. Así que hay que controlarlos y eliminarlos", dijo Stringfellow.
En Estados Unidos y Alemania también se investiga y hay planes para desarrollar la extracción geotérmica de litio. El área alrededor del Mar de Salton, un lago poco profundo en el centro de California y el segundo campo geotérmico más grande de Estados Unidos, se ha denominado "valle de litio".
La Comisión de Energía de California estimó que el campo podría proporcionar el 40% de la demanda mundial de litio. En una investigación publicada en marzo de este año, la comisión pronosticó que el suministro de carbonato de litio de la región podría superar las 600.000 toneladas al año.
Esto supondría generar US$7.200 millones al año, con un precio por tonelada de US$12.000. La esperanza es que la extracción de litio no solo pueda proporcionar una fuente doméstica de litio más limpia para las baterías, sino que también mejore significativamente la economía de la producción de energía renovable a partir de recursos geotérmicos.
Actualmente solo el 6% de la electricidad de California proviende de fuentes limpias. "Todo el mundo se está haciendo muchas ilusiones, es como una nueva fiebre del oro", explicó Stringfellow.
"Es un área económicamente deprimida, por lo que la gente está muy entusiasmada con el hecho de que si obtienen litio, habría un repunte económico".
También en Alemania
Existe una expectativa similar en Alemania, donde el valle del Rin es el centro de la naciente industria geotérmica del litio del país. Vulcan Energy Resources planea bombear salmuera geotérmica caliente a la superficie y usar el calor para impulsar su proceso de extracción de litio y devolver el exceso a la red.
En noviembre, la compañía anunció que su principal proyecto tenía reservas significativas, con concentraciones de litio de 181 miligramos por litro. Llevará a cabo un estudio de viabilidad completo en 2021 con el objetivo de escalar a la producción comercial completa de litio en 2023-2024.
"Tenemos un recurso que es lo suficientemente grande para satisfacer una cantidad muy sustancial de la demanda en los mercados europeos durante muchos, muchos años", explicó el director ejecutivo de Vulcan, Francis Wedin, en una conferencia de la industria en octubre.
El Valle del Rin está ubicado en el corazón de la región automotriz de Alemania, una ubicación que daría ventajas comerciales a una planta de litio en el suministro de fabricantes de vehículos eléctricos.
Pero también reduce significativamente las emisiones de carbono asociadas con el transporte de litio desde el extranjero, señaló Wedin. Como resultado, la firma planea comercializar su litio como "carbono cero".
De vuelta en Cornualles, la producción de carbono cero también es el objetivo del proceso de producción de Cornish Lithium, que prevé que funcione con calor geotérmico. Y si su proyecto piloto tiene éxito, Cornish Lithium confía en que se puedan desarrollar plantas en toda la región.
"Todas las tecnologías limpias que necesitamos para combatir el cambio climático, ya sean turbinas eólicas, paneles solares o baterías, son realmente intensivas en minerales", aclaró Crane.
"Necesitamos asegurarnos de extraer estos materiales de la manera más responsable posible; de lo contrario, desaparecerían parte de las razones para desarrollar estas tecnologías". En total, es posible que pasen algunos años antes de que las baterías fabricadas con litio de cero emisiones alimenten tu automóvil u otros dispositivos.
Pero si el litio sin carbono despega de la forma que esperan sus defensores, podría convertirse en un poderoso ejemplo de un mineral esencial para la energía sostenible, obtenido de forma sostenible.
Por BBC Mundo
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