Extracción sostenible de litio: Energía limpia, salares cuidados

Pionero en la investigación sobre litio en el país, el químico Ernesto Calvo lleva más de una década y media abocado al desarrollo de tecnologías que optimicen la extracción directa de este recurso estratégico para la transición energética global, con un enfoque sostenible.

En junio pasado, el método electroquímico de obtención de litio concebido por Calvo y su equipo fue uno de los cinco finalistas de Labs4Climate, un prestigioso concurso internacional –organizado por NetZero Tech Ventures en cooperación con la multinacional Chevron– que premia a tecnologías innovadoras orientadas a disminuir el impacto ambiental de las actividades extractivas. Su próximo desafío es escalar ese modelo, que no consume agua y utiliza energía solar, para que pueda ser operado a escala industrial, en forma continua y con un alto grado de conversión.

El litio es el metal más liviano, el más electropositivo, permite por lo tanto, almacenar mucha energía en poco peso, y esa densidad energética es el quid tecnológico de las baterías de iones de litio. Presente en varias formas en la corteza terrestre, hay diferentes modos de extraerlo. Cuando aparece integrado en rocas duras, en minerales como la espodumena, en pegmatitas, como ocurre en los yacimientos de Australia, para obtener el litio se hace minería clásica: se muele la roca, se tuesta, lo que supone un alto costo energético, y se hace un lixiviado con ácido sulfúrico. Esas sales de litio finalmente se transforman en carbonato de litio, hidróxido de litio o cloruro de litio, las tres commodities que dinamizan el mercado de este mineral. Pero en los salares de altura, el método es otro.

“En el Triángulo del Litio, en Uyuni, Bolivia, en el norte de Chile, en Atacama, y en nuestra Puna, en Catamarca, Salta y Jujuy, lo que se encuentra es un líquido mucho más salino que el agua de mar, que está en profundidad, en capas que son más o menos permeables. Esas salmueras se extraen con bombas y se disponen en enormes piletones de poca profundidad o pozas. Eso se evapora al sol y por esa pérdida de agua se van concentrando sales que por diferencia de solubilidad van precipitando. Así se obtiene el carbonato de litio. Este proceso es muy lento y muy ineficiente”, describe Calvo, hoy investigador superior ad honorem del CONICET en el Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía (INQUIMAE, UBA-CONICET), que supo dirigir, y profesor consulto de Exactas UBA.

Hay, en paralelo, cada vez más métodos de extracción directa del litio. “Uno solo llegó a escala comercial –continúa Calvo–, el de sorción en columnas, un método cromatográfico en el que la salmuera pasa por una columna, que es como una esponja que capta el litio. Aquí se utiliza en el Salar del Hombre Muerto, en Catamarca, y en Centenario-Ratones, en Salta. Hay también otros sistemas, como la extracción por solventes, que suponen manejar grandes volúmenes de sustancias peligrosas y gestionar esos residuos. Y están, por fin, los métodos electroquímicos como los que hemos desarrollado nosotros, que se basan fundamentalmente en la tecnología de las baterías de ion litio. Hay colegas de China, Corea del Sur y Alemania que han avanzado en este sentido, pero son técnicas que por el momento no alcanzaron una escala comercial, sólo existe una pequeña planta piloto en China. Ese es el desafío hoy”.

Ernesto Calvo (en el centro) junto a integrantes de su equipo de trabajo. Foto: Luiza Cavalcante

El campo de investigación de Calvo siempre fue la electroquímica. Hacia 2011, en los inicios de la “revolución del litio”, convertido en mineral estratégico a nivel global y con amplísimas reservas en el norte argentino, decidió enfocar su trabajo de investigación en las posibilidades que tenía el país de agregar valor local en proyectos de explotación minera que desde entonces crecieron de modo exponencial.

“En aquel momento dijimos: ‘Si el litio es un recurso para la sostenibilidad, la extracción debe ser sostenible’. Ese fue nuestro caballito de batalla. Y pensamos en usar el sol, que todavía es gratis, con paneles fotovoltaicos para generar electricidad y hacer funcionar un reactor electroquímico”.

Aquella primera conceptualización de un procedimiento enteramente circular y renovable para la extracción de litio le había valido a Calvo la obtención del premio Bright Minds Challenge en Amsterdam, en 2017. Ahora, el prototipo ya diseñado recibió un nuevo reconocimiento global en Labs4Climate.

“Se trata de un proceso electroquímico de dos etapas –explica–. La salmuera ingresa al reactor por un tubo, dentro del reactor hay dos electrodos, que son como esponjas: una capta el litio y la otra el cloruro de la salmuera. Luego se limpia, se enjuaga, se introduce una solución de recuperación, se invierte la polaridad en los electrodos y así se obtiene el cloruro de litio de alta pureza. La salmuera, que sale por el otro tubo, vuelve al salar, casi sin perder volumen de agua. La mitad de este proceso genera energía. La otra mitad, que es la recuperación, consume energía. ¿De dónde la saco? Del sol. Que en la Puna es otro recurso extraordinariamente abundante”.

“El proceso es muy eficiente en tanto es muy selectivo al litio: puedo separarlo de los otros componentes de la salmuera. Es modular, escalable. Es rápido. Gasta muy poca energía respecto de todos los otros procesos porque en sí mismo es una batería. No consume agua. No consume ningún reactivo químico porque usa electrones, es decir, no produce residuos. Y fue probado exitosamente con salmueras de Uyuni y de Atacama. Aquí en nuestro país en Olaroz, Cauchari, El Tolillar y Centenario-Ratones, y también en Clayton Valley, en Nevada (Estados Unidos). O sea, es independiente de la química de la salmuera, y esto es muy importante, porque distintas salmueras tienen distinta concentración de litio y de otros químicos, las de Bolivia y las de China tienen mucho magnesio, por ejemplo, y en los otros métodos, esa diversidad obliga a adaptar el procedimiento. En éste, no”.

Hoy profesor consulto en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, Calvo ha dirigido a lo largo de su carrera 24 tesis doctorales, de las cuales por lo menos diez sumaron conocimiento para el desarrollo del litio en el país. Los trabajos publicados a lo largo de una década y media se convirtieron luego en patentes aún vigentes gestionadas a través del CONICET en Argentina, Bolivia, Chile y China, y llegó la hora de llevar la idea a una escala industrial.

“El tipo de reactores que diseñamos –puntualiza– es similar en su estructura a la de los reactores electroquímicos que se usan para otras cosas, pero adaptada a un modelo para la extracción de litio. Ya construimos los prototipos, hicimos experimentos y simulaciones numéricas que contrastamos con los experimentos, verificando la eficiencia de todo el proceso”.

Calvo repasa la joven historia del litio en el país, y concluye que, si bien el foco de desarrollo científico estuvo inicialmente puesto en la producción local de baterías, “hoy no es sostenible pensar en hacer baterías argentinas que compitan con China, sí aprender a hacerlas, acumular conocimiento, pero no pretender competir con una industria que tiene robotizado todo el proceso de fabricación y vende a todo el mundo con la ventaja de una economía de escala”. Sostiene, por el contrario, que la mejor estrategia para agregar valor local a la industria del litio pasa hoy por el método extractivo.

Desde luego, el desarrollo de este tipo de tecnologías innovadoras demanda un financiamiento sostenido. “Llegados a este punto, nos planteamos cómo seguir. Desde la universidad, desde el CONICET, nuestra misión es formar investigadores, responder preguntas, pero luego está, como decía Milstein, la importancia económica de la curiosidad, en este caso, el valor productivo del litio. Para gestionar este proyecto y llevarlo a una escala industrial, obviamente, se necesita dinero. Pensemos solamente que este reactor tiene colectores de corriente de titanio, que son muy caros, porque el acero inoxidable no soporta la salinidad de las salmueras”.

Decidido a captar los fondos que aseguren la viabilidad del proyecto, Calvo creó LitiAr S.A., la empresa de base tecnológica que preside, en sociedad con Laring (Laboratorio Argentino de Investigación Galvanotécnica), una firma electroquímica de tratamiento de superficies, propiedad de graduados de Exactas UBA.

Consciente de la virtual parálisis que sufre en la actual coyuntura el sistema científico argentino, el investigador redobla la apuesta de desarrollar esta técnica de obtención de carbonato de litio sostenible y respetuosa del ambiente, y ofrecerla a las compañías que hoy extraen el mineral, a través de una empresa de base tecnológica que, además, podría inyectar fondos por contratos de servicio y desarrollo con la Facultad y con otros organismos de ciencia y tecnología que producen conocimiento en el país.

“Llegamos a lo que se llama un MVP, un minimum valuable product, es decir, un prototipo de mínimo costo que se puede escalar, automatizar, y que eventualmente, puede funcionar en paralelo al proceso actual, o sea, concentrar la salmuera por evaporación hasta cierto punto y luego llevarla al reactor. Ahora –concluye Calvo– estamos en una etapa de evaluación de todos los parámetros críticos del reactor, buscando optimizar el proceso, para poder escalarlo, sabiendo que tenemos algo que funciona.”