Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, anunciou recentemente um novo processo que deverá reduzir significativamente o consumo de energia e o custo de extração de lítio de rochas duras. Acredita-se que isso possa alterar a situação econômica das baterias de veículos elétricos. Uma pesquisa relevante, publicada na revista Science, concentra-se em como reduzir o consumo de energia e as emissões de resíduos durante o processamento de minérios de rocha dura contendo lítio.
Actualmente, uma das principais razões pelas quais as baterias de iões de lítio dominam o mercado de baterias é que a sua cadeia de abastecimento é de grande escala e o seu sistema está maduro, formando uma rede global de abastecimento de lítio altamente eficiente, dificultando a concorrência de tecnologias alternativas em termos de custos. No entanto, esta vantagem é altamente dependente do fornecimento estável de recursos de lítio baratos, e os atuais recursos de lítio de baixo custo provêm principalmente de depósitos de salmoura em lagos salgados concentrados na América do Sul. Embora o lítio não seja escasso em termos de abundância na crosta terrestre, as fontes de minério de alta qualidade, fáceis de extrair e de baixo custo, não são abundantes.
Neste contexto, as pessoas continuam a concentrar-se num mineral que contém lítio chamado espodumênio, que é o recurso de lítio em rocha dura mais abundante do mundo. No entanto, a tecnologia tradicional de processamento do espodumênio é cara: o minério precisa ser aquecido a cerca de 1.000 graus Celsius e depois lixiviado com ácido sulfúrico para extrair o lítio. Embora este processo seja maduro e confiável, é acompanhado por um enorme consumo de energia e produz uma grande quantidade de resíduos contendo enxofre.
A nova abordagem proposta pelo MIT e seus colaboradores segue um caminho muito diferente. Em vez de começar com torra em alta temperatura, o processo utiliza uma solução de fluoreto de amônio aquecida a cerca de 70 graus Celsius para quebrar a estrutura mineral. Neste processo, o minério é separado em três fluxos de materiais: lítio, silício e alumínio: o lítio é dissolvido na solução na forma de fluoreto de lítio, o silício forma um composto solúvel e o alumínio é convertido em um produto intermediário sólido para fácil processamento.
Nas etapas subsequentes, o tratamento do alumínio é o elo que mais consome energia no processo, exigindo aquecimento escalonado, primeiro até cerca de 300 graus Celsius e depois até cerca de 700 graus Celsius, para finalmente produzir alumina com uma pureza superior a 98%. Em comparação, o tratamento do silício é relativamente simples: ao adicionar amônia, os compostos de silício na solução são convertidos em precipitados de sílica, que são fáceis de separar. A equipe de pesquisa observou que essas sílicas poderiam ser usadas como aditivos para concreto, ajudando potencialmente a compensar parcialmente os custos de processamento.
O lítio sempre permanece em solução como fluoreto de lítio. Nesta forma, ele pode ser usado diretamente como precursor do material eletrolítico hexafluorofosfato de lítio, ou pode ser posteriormente convertido em nitrato de lítio e então preparado em óxido de lítio para entrar no processo tradicional de produção de material de bateria. Isso fornece várias opções de caminho para conectar o novo processo à cadeia existente da indústria de baterias de lítio.
Uma característica importante do novo processo é o gerenciamento em “circuito fechado” de seu próprio sistema de reação. Durante o processo de reação em múltiplas etapas, serão geradas substâncias como amônia e fluoreto de hidrogênio; em vez de tratá-los como resíduos, a equipe de pesquisa projetou um link de reciclagem para ressintetizar os dois em fluoreto de amônio para participar novamente do processamento inicial. Este design de circuito fechado ajuda a reduzir as perdas de reagentes e as emissões de resíduos, mas também significa que é necessária uma gestão rigorosa da segurança do fluoreto de hidrogénio altamente corrosivo e tóxico.
Do ponto de vista económico, os cálculos apresentados pela equipa de investigação mostram que o custo do processamento tradicional do espoduménio é ligeiramente inferior a 9.000 dólares por tonelada de lítio, enquanto se espera que o novo processo reduza o custo para mais de 5.000 dólares por tonelada, o que é aproximadamente próximo do nível de custo da extracção de lítio a partir de recursos de salmoura de alta qualidade. Se os subprodutos de alumínio e silício puderem entrar com sucesso no mercado e serem rentabilizados, haverá espaço para uma maior redução nos custos globais.
No entanto, os investigadores também enfatizaram que ainda existem múltiplas incertezas entre as medições laboratoriais e as operações reais da fábrica. Os custos reais dependerão de factores como o teor do minério, as flutuações dos preços de mercado e o investimento de capital necessário para construir ou modificar instalações de produção para o novo processo. Apesar disso, este trabalho ainda é considerado uma ideia nova na questão do fornecimento de lítio. Não se concentra apenas nas fontes geográficas dos recursos de lítio, mas também tenta otimizar a utilização de energia e os modelos de recuperação de recursos a partir do próprio processo de extração.