Il litio è un elemento vitale nelle batterie che alimentano i veicoli elettrici, ma si prevede che l’aumento della domanda esaurirà le riserve terrestri entro il 2080.
I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (Kaust), hanno ora sviluppato un sistema economicamente sostenibile in grado di estrarre il litio ad alta purezza dall’acqua di mare. La ricerca è stata pubblicata nella rivista Energy & Environmental Science.
Gli oceani contengono circa 5.000 volte più litio della terraferma, ma a concentrazioni estremamente basse di circa 0,2 parti per milione (ppm). Ioni più grandi, inclusi sodio, magnesio e potassio, sono tutti presenti nell’acqua di mare a concentrazioni molto più elevate; tuttavia, i precedenti impegni di ricerca per recuperare il litio da questa miscela hanno prodotto poco.
Il team Kaust ha risolto questo problema con una cella elettrochimica contenente una membrana ceramica realizzata con ossido di litio e lantanio e titanio (LLTO). La sua struttura cristallina contiene fori abbastanza larghi da consentire il passaggio degli ioni di litio bloccando gli ioni metallici più grandi.
Zhen Li, che ha sviluppato la cellula, ha detto: «Le membrane LLTO in precedenza non sono mai state utilizzate per estrarre e concentrare gli ioni di litio».
La cella contiene tre scomparti. L’acqua di mare scorre in una camera di alimentazione centrale, dove gli ioni di litio positivi passano attraverso la membrana LLTO in un compartimento laterale che contiene una soluzione tampone e un catodo di rame rivestito di platino e rutenio. Gli ioni negativi nel frattempo escono dalla camera di alimentazione attraverso una membrana a scambio anionico standard, passando in un terzo compartimento contenente una soluzione di cloruro di sodio e un anodo di platino-rutenio.
I ricercatori hanno testato il sistema utilizzando l’acqua di mare del Mar Rosso. La cella a una tensione di 3,25V genera gas idrogeno al catodo e gas cloro all’anodo. Ciò guida il trasporto del litio attraverso la membrana LLTO, dove si accumula nella camera laterale. L’acqua arricchita di litio diventa quindi la materia prima per altri quattro cicli di lavorazione, raggiungendo infine una concentrazione di oltre 9.000 ppm. La regolazione del pH di questa soluzione fornisce fosfato di litio solido che contiene semplici tracce di altri ioni metallici, abbastanza puri da soddisfare i requisiti dei produttori di batterie.
I ricercatori stimano che la cella avrebbe bisogno di soli 5 dollari di elettricità per estrarre 1 chilogrammo di litio dall’acqua di mare. Il valore dell’idrogeno e del cloro prodotti dalla cella compenserebbe ampiamente questo costo e l’acqua di mare residua potrebbe essere utilizzata anche negli impianti di desalinizzazione per fornire acqua dolce.
Zhiping Lai responsabile del programma di ingegneria chimica nella divisione di scienze fisiche e ingegneria presso la Kaust, in conclusione ha detto: «Continueremo a ottimizzare la struttura della membrana e il design delle celle per migliorare l’efficienza del processo».
Il suo team spera anche di collaborare con l’industria del vetro per produrre la membrana LLTO su larga scala e a costi accessibili.