Una scoperta nata quasi per caso in laboratorio potrebbe cambiare il modo in cui il litio viene estratto dalle acque salmastre. Un gruppo di ricercatori dell’Università del Michigan ha individuato un metodo controintuitivo che permette di separare il litio da salamoie considerate finora di “bassa qualità”, perché ricche di magnesio. La tecnologia, pubblicata su Nature Chemical Engineering, promette di ampliare in modo significativo le risorse disponibili per le batterie e le tecnologie legate alla transizione energetica, riducendo al contempo impatti ambientali e consumo di acqua.
Perché il magnesio rende difficile estrarre il litio
Oggi il litio viene ottenuto principalmente da miniere di roccia dura o da salamoie naturali, come laghi salati e falde sotterranee sotto antichi bacini evaporati. Le miniere sono costose, limitate e spesso invasive, con il rischio di contaminare le risorse idriche. Le salamoie, che concentrano oltre la metà del litio disponibile a livello globale, rappresentano un’alternativa promettente.
Il metodo tradizionale prevede il pompaggio della salamoia in grandi bacini di evaporazione: l’acqua evapora, i sali precipitano e, dopo ulteriori passaggi chimici, il litio è isolato. Il problema è il magnesio, chimicamente simile al litio. Nelle salamoie in cui il magnesio è presente in quantità almeno sei volte superiori al litio, i due elementi tendono a formare solidi insieme, rendendo necessarie ulteriori fasi chimiche costose e produttive di rifiuti.
Per questo motivo, la maggior parte delle salamoie è classificata come “low quality” e resta inutilizzata. Oggi la produzione di litio si concentra soprattutto su miniere e su salamoie di alta qualità sotto le grandi distese saline del Sud America, lasciando fuori enormi riserve potenziali.
Litio dalle salamoie: una scoperta quasi accidentale
Di norma, per separare gli elementi disciolti in soluzione, gli ingegneri ricorrono a correnti elettriche attraverso un processo noto come elettrodialisi. In questo schema, ioni come litio e magnesio, entrambi caricati positivamente, migrano verso un elettrodo negativo, attraversando membrane a carica negativa che consentono la separazione dagli ioni di segno opposto.
Secondo la teoria e la pratica consolidate, gli ioni con carica positiva più elevata, come il magnesio, dovrebbero essere i primi a superare la membrana, attratti più intensamente dalle cariche negative. Eppure, quando i ricercatori hanno eliminato la corrente elettrica e sostituito l’elettrolita con acqua pura su uno dei due lati della membrana, il comportamento si è ribaltato: a diffondere per primo è stato il litio, nonostante la sua carica più debole.
Una dinamica del tutto inattesa, emersa quasi per caso durante esperimenti di controllo “per le membrane che stavamo realizzando per l’elettrodialisi“, ha detto Jovan Kamcev, uno degli autori della ricerca. “All’inizio non ne capivamo il significato, ma l’abbiamo ripetuta molte volte in diverse condizioni di test“.
La membrana che separa il litio senza elettricità
Da qui il nuovo sistema, che utilizza una membrana caricata negativamente che separa una salamoia da acqua pura. Senza applicare elettricità o pressione esterna, il litio diffonde attraverso la membrana e passa nell’acqua pura, mentre il magnesio resta indietro.
La dinamica alla base del processo è legata all’equilibrio delle cariche. Ogni ione positivo che attraversa la membrana deve essere accompagnato da uno ione negativo, nel caso specifico il cloruro. Quando il cloruro diffonde verso l’acqua pura, il litio tende a seguirlo per bilanciare la carica. Il magnesio, invece, preferisce compensare direttamente la carica negativa della membrana e resta “intrappolato”.
Quando si applica una corrente elettrica, questa preferenza viene superata: il magnesio acquista energia sufficiente per attraversare la membrana, contaminando la soluzione. È proprio l’assenza di elettricità a rendere efficace la separazione selettiva del litio.
Risultati brillanti e prospettive future
Il risultato è sorprendente, perché nei processi classici di separazione ionica – come l’elettrodialisi – gli ioni con carica positiva più elevata, come il magnesio, tendono a muoversi più rapidamente. Qui accade l’opposto. Il metodo funziona anche ad alte salinità, utilizza meno acqua rispetto ai bacini di evaporazione e risponde a una delle principali criticità segnalate dalle comunità che vivono vicino alle aree di estrazione del litio.
Secondo i ricercatori, questa strategia consente di recuperare litio evitando le fasi più idro-intensive dei processi attuali, migliorando il profilo di sostenibilità complessivo. Un aspetto cruciale in un contesto in cui la domanda globale di litio potrebbe superare l’offerta già entro il 2029, come indicato da S&P Global.
Il metodo non è una soluzione universale: non permette, ad esempio, di separare il litio da altri ioni con la stessa carica, come il sodio. Tuttavia, i ricercatori ritengono che possa essere combinato con altre tecniche – come l’evaporazione, materiali adsorbenti selettivi o reagenti chimici mirati – per costruire processi industriali economicamente sostenibili.
Il passo successivo sarà una valutazione di processo e tecnico-economica, per capire quali combinazioni di tecnologie possano funzionare su scala industriale. Se i risultati saranno confermati, salamoie finora trascurate, come quelle della Smackover Formation in Arkansas, potrebbero diventare una nuova fonte strategica di litio, alleggerendo la pressione sulle risorse tradizionali e sostenendo gli obiettivi di decarbonizzazione.
