Asst. Il laboratorio del Prof. Chong Liu sta sviluppando un nuovo tipo di elettrodo in grado di estrarre elementi preziosi dall'acqua di mare utilizzando un processo chiamato intercalazione elettrochimica. Questo metodo potrebbe presentare uno dei metodi più sostenibili per estrarre il litio ovunque. Credito: John Zich
Asst. Il Prof. Chong Liu cerca di progettare elettrodi per raccogliere il litio per le batterie dall'acqua di mare.
Si stima che entro la fine del decennio, le vendite di veicoli elettrici aumenteranno la domanda di litio cinque volte il suo livello attuale. Quell'improvviso aumento ha le aziende alla ricerca per nuove fonti del prezioso metallo, ma uno scienziato presso la Pritzker School of Molecular Engineering al University of Chicago crede che abbiamo tutto il litio di cui abbiamo bisogno, e sta aspettando proprio al largo.
Attualmente, circa 75% del litio mondiale proviene da un tratto di terra montuoso a cavallo tra Argentina, Bolivia e Cile, un'area chiamata Triangolo del Litio. Lì, il metallo viene estratto pompando salamoia in giganteschi bacini a cielo aperto dove è evaporato nell'arco di un anno. Tuttavia, quel lungo processo rappresenta un importante collo di bottiglia in un mondo affamato di litio e, sebbene esistano altre fonti, la maggior parte ha un costo ambientale.
Asst. prof Chong Liu
Per prevenire l'incombente carenza, molti paesi, tra cui il Stati Uniti, sono alla ricerca di metodi di estrazione sostenibili per l'elemento richiesto. È qui che entra in gioco Chong Liu, Neubauer Family Assistant Professor presso la Pritzker School of Molecular Engineering.
Liu è una scienziata dei materiali: studia le proprietà della materia per creare materiali altamente specializzati. Attualmente, il suo laboratorio sta sviluppando un nuovo tipo di elettrodo in grado di estrarre elementi preziosi dall'acqua di mare utilizzando un processo chiamato intercalazione elettrochimica. E mentre il lavoro di Liu è ancora nelle sue fasi iniziali, potrebbe presentare uno dei metodi più sostenibili per estrarre il litio ovunque.
"La nostra grande motivazione è creare un processo che sia il più ecologico possibile", ha affermato Liu. "Dato che stiamo adottando un approccio elettrochimico, evitiamo completamente la necessità di calore intenso o acidi forti e otteniamo solo l'elemento che desideriamo: questa è la selettività ionica singola".
Questo approccio è quello che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sta prendendo sul serio. Il 2 settembre Liu è stato nominato uno dei 13 ricercatori di cui riceverne una parte un fondo di $ 30 milioni mirato a garantire la fornitura di materiali critici della nazione per le tecnologie di energia pulita.
“Espandendo l'infrastruttura dei veicoli elettrici, rafforzando la rete elettrica della nostra nazione e alimentando la nostra economia con milioni di posti di lavoro nel settore dell'energia pulita, tutti fanno affidamento sulla sicurezza delle catene di approvvigionamento di materiali critici come il cobalto e il platino", ha affermato il segretario all'Energia degli Stati Uniti Jennifer M. Granholm. "La chiave per il nostro futuro senza emissioni di carbonio risiede nel potenziamento delle industrie americane pulite, nella costruzione di solidi sistemi di filiera di materiali critici di fabbricazione americana e nell'implementazione aggressiva delle tecnologie climatiche risultanti qui e all'estero".
L'approccio elettrochimico
Per comprendere il metodo di Liu, è utile immaginare un elettromagnete. Simile a come un elettromagnete può attrarre e raccogliere metallo ferroso, il processo di Liu può attrarre e raccogliere litio. Non c'è magnetismo nell'intercalazione elettrochimica, invece, gli ioni sono attratti da un campo elettrico, ma il principio è simile. I lavoratori sarebbero in grado di immergere un array di elettrodi in una pozza di acqua di mare, attirare il litio e quindi rilasciare il litio raccolto in un serbatoio di stoccaggio.
"La nostra grande motivazione è creare un processo che sia il più ecologico possibile".
- prof Chong Liu
A livello molecolare, Liu raggiunge questo obiettivo progettando materiali per elettrodi altamente specifici che attirano ioni verso gli elettrodi mentre catturano solo determinati elementi, intrappolandoli.
Ci sono sfide a questo approccio, però. Poiché la concentrazione di litio nell'acqua di mare è piuttosto bassa, circa 0.2 parti per milione, qualsiasi tecnica di estrazione dovrà essere estremamente efficiente per estrarre il litio a una velocità ragionevole. Inoltre, per poter utilizzare questi elettrodi su scala industriale, dovranno essere realizzati in materiale altamente selettivo e altamente durevole. La scelta del miglior candidato per questo richiederà tempo.
Liu comprende queste sfide e ne ha tenuto conto a livello di progettazione. Il suo laboratorio ha già visto risultati promettenti nel processo di selezione dei materiali, restringendo i candidati a poche famiglie probabili, che sta lavorando per perfezionare ulteriormente con nuove tecniche di apprendimento automatico. La sua speranza è che entro il prossimo decennio ci sarà un nuovo sistema completamente sostenibile per l'estrazione del litio.
"Mi aspetto pienamente che entro 10, 20 anni vedremo una completa trasformazione nel modo in cui le persone e le merci vengono spostate", ha affermato Liu. “Ma per crearlo, per affrontare il cambiamento climatico in modo serio, dobbiamo trovare metodi rispettosi dell'ambiente per ogni aspetto di quel processo, inclusa la produzione delle batterie. Questo è ciò che speriamo di fornire".
