Asistente El laboratorio del profesor Chong Liu está desarrollando un nuevo tipo de electrodo que puede extraer elementos valiosos del agua de mar mediante un proceso llamado intercalación electroquímica. Este método podría presentar uno de los métodos más sostenibles para extraer litio en cualquier lugar. Crédito: John Zich
Asistente El Prof. Chong Liu busca diseñar electrodos para recolectar litio para baterías del agua de mar.
Se estima que para fines de la década, las ventas de vehículos eléctricos impulsarán la demanda de litio a cinco veces su nivel actual. Ese aumento repentino tiene a las empresas buscando para nuevas fuentes del valioso metal, pero un científico de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago cree que tenemos todo el litio que necesitamos, y está esperándonos frente a la costa.
Actualmente, sobre 75% del litio del mundo proviene de un tramo montañoso de tierra que se extiende a caballo entre Argentina, Bolivia y Chile, un área llamada el Triángulo del Litio. Allí, el metal se extrae bombeando salmuera a gigantescas cuencas al aire libre donde se evapora en el transcurso de un año. Sin embargo, ese largo proceso presenta un gran cuello de botella en un mundo hambriento de litio, y aunque existen otras fuentes, la mayoría tiene un costo ambiental.
Asistente Profesor Chong Liu
Para evitar el déficit que se avecina, muchos países, incluido el Estados Unidos, están buscando métodos de extracción sostenibles para el elemento en demanda. Ahí es donde entra Chong Liu, profesor asistente de la familia Neubauer en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular.
Liu es científica de materiales: estudia las propiedades de la materia para crear materiales altamente especializados. Actualmente, su laboratorio está desarrollando un nuevo tipo de electrodo que puede extraer elementos valiosos del agua de mar mediante un proceso llamado intercalación electroquímica. Y aunque el trabajo de Liu aún se encuentra en sus primeras etapas, podría presentar uno de los métodos más sostenibles para extraer litio en cualquier lugar.
“Nuestra gran motivación es crear un proceso que sea lo más ecológico posible”, dijo Liu. "Dado que estamos adoptando un enfoque electroquímico, evitamos por completo la necesidad de calor intenso o ácidos fuertes, y solo obtenemos el elemento que queremos: esa es la selectividad de un solo ion".
Ese enfoque es uno que el Departamento de Energía de EE. UU. está tomando en serio. El 2 de septiembre, Liu fue nombrada una de los 13 investigadores para recibir parte de un fondo de $ 30 millones destinado a asegurar el suministro de materiales críticos de la nación para tecnologías de energía limpia.
“Expandir la infraestructura de vehículos eléctricos, fortalecer la red eléctrica de nuestra nación y alimentar nuestra economia con millones de trabajos de energía limpia, todos dependen de asegurar las cadenas de suministro de materiales críticos como el cobalto y el platino”, dijo la Secretaria de Energía de EE. UU., Jennifer M. Granholm. “La clave para nuestro futuro libre de carbono radica en aumentar las industrias estadounidenses limpias, construir sistemas sólidos de cadena de suministro de materiales críticos fabricados en Estados Unidos y desplegar agresivamente las tecnologías climáticas resultantes aquí y en el extranjero”.
El enfoque electroquímico
Para entender el método de Liu, es útil imaginar un electroimán. De manera similar a cómo un electroimán puede atraer y recolectar metales ferrosos, el proceso de Liu puede atraer y recolectar litio. No hay magnetismo en la intercalación electroquímica; en cambio, los iones son atraídos por un campo eléctrico, pero el principio es similar. Los trabajadores podrían sumergir una matriz de electrodos en una piscina de agua de mar, atraer el litio y luego liberar el litio recolectado en un tanque de almacenamiento.
“Nuestra gran motivación es crear un proceso que sea lo más ecológico posible”.
- Profesor Chong Liu
A nivel molecular, Liu logra esto mediante el diseño de materiales de electrodos altamente específicos que atraen iones hacia los electrodos mientras solo capturan ciertos elementos, atrapándolos.
Sin embargo, hay desafíos para este enfoque. Debido a que la concentración de litio en el agua de mar es bastante baja, alrededor de 0.2 partes por millón, cualquier técnica de extracción deberá ser extremadamente eficiente para extraer litio a un ritmo razonable. Además, para usar estos electrodos a escala industrial, deberán estar hechos de un material altamente selectivo y duradero. Elegir al mejor candidato para eso llevará tiempo.
Liu entiende esos desafíos y los tiene en cuenta a nivel de diseño. Su laboratorio ya ha visto resultados prometedores en el proceso de selección de materiales, reduciendo los candidatos a unas pocas familias probables, que está trabajando para refinar aún más con nuevas técnicas de aprendizaje automático. Tiene la esperanza de que en la próxima década haya un sistema nuevo y totalmente sostenible para extraer litio.
“Espero que dentro de 10 o 20 años veamos una transformación completa en la forma en que se mueven las personas y los bienes”, dijo Liu. “Pero para crear eso, para abordar el cambio climático de manera seria, necesitamos encontrar métodos amigables con el medio ambiente para cada aspecto de ese proceso, incluida la fabricación de baterías. Eso es lo que esperamos ofrecer”.
