Litio: el oro blanco del siglo XXI

Por Giselle Carino

 

Corría el año 1817 cuando el químico sueco Johan August Arfwedson descubrió un nuevo elemento: el litio. Un elemento en apariencia y propiedades químicas muy parecido al sodio y al potasio (descubiertos diez años antes por el químico inglés Humpry Davy). 

El litio, en la forma de sus diferentes compuestos químicos, se utiliza en industrias como la farmacéutica y la metalúrgica, en el tratamiento del aire (para la eliminación del dióxido de carbono), o en la elaboración de vidrio, cerámicos y grasas.

Durante la Segunda Guerra Mundial, y con el desarrollo de motores más potentes para los aviones, se comenzó a utilizar el litio en la fabricación de grasas más resistentes a las temperaturas altas. Sin embargo, puede decirse que el litio se ha convertido en el protagonista de un cambio de paradigma tecnológico desde hace muy poco tiempo. 

Su boom está directamente relacionado con la aparición y masificación de equipos electrónicos portátiles que requieren de una batería pequeña de litio, que además permita el funcionamiento prolongado de los equipos: teléfonos celulares,tablets o notebooks. Más aún, las baterías recargables de ion-litio son muy importantes en la lucha contra el calentamiento global ya que proveen de energía a vehículos de propulsión eléctrica, en especial cuándo son recargadas a partir de fuentes de energías renovables en lugar de con combustibles fósiles. Este último aspecto ha transformado al litio en el oro blanco del siglo XXI.

Hasta hace algunas décadas, el uso del litio se limitaba a cantidades limitadas. La explotación minera utilizada hasta el momento, mayoritariamente de rocas con minerales con litio, satisfacía holgadamente la demanda. Pero esa situación  actualmente está cambiando. En el año 2017 ya había unos tres millones de vehículos eléctricos en el mundo. Ahora se prevé un aumento de casi 125 millones de vehículos eléctricos hacia el año 2030.

El litio, a pesar de ser un elemento relativamente abundante en la naturaleza (más que el plomo o el estaño), posee una alta reactividad química en su estado elemental. En consecuencia, no se lo encuentra en estado metálico puro (como el oro o la plata) sino formando parte de diversos tipos de sales o minerales. Su aprovechamiento es únicamente rentable en los yacimientos que poseen las concentraciones más elevadas de este elemento.

Yacimientos

Argentina es un territorio privilegiado en yacimientos de litio. En la región noroeste del país existen salares con elevadas concentraciones de litio, que constituyen una de las fuentes más abundantes de este recurso en el mundo. Además, es más sencilla la extracción de litio de los yacimientos de salares que cuando forman parte de los minerales de las rocas.

Junto con Chile y Bolivia, nuestro país forma parte del llamado Triángulo del Litio, que acumula alrededor del 85 % del litio en el mundo existente en salares. 

Litio: el oro blanco del siglo XXI

Recordando la tabla periódica de los elementos químicos encontramos al litio en el grupo de los metales alcalinos, junto con el sodio, potasio, rubidio, cesio y francio, que poseen una alta reactividad química. Es decir: nunca se encuentran en la naturaleza en su forma pura sino en combinación con otros elementos con los que forman diversos compuestos químicos. 

La reactividad del litio se debe a la configuración de sus electrones. Esto es: la ubicación de sus tres electrones alrededor del núcleo atómico. El litio tiene dos electrones en el primer nivel de energía (también llamada “órbita” en el modelo atómico formulado por el físico Niels Bohr, a comienzos del siglo XX) y un solo electrón en su segundo y último nivel, conocido también como “nivel de valencia”. Este último electrón es el que le permite formar un enlace químico con otros elementos de la tabla periódica. Esto también significa que dicho elemento es capaz de conducir el calor y la corriente eléctrica sin mucha resistencia. Además, y de enorme importancia, es también el metal alcalino más liviano, lo que lo convierte en una excelente opción para su uso en dispositivos portátiles.

Otra de las ventajas más competitivas de este elemento es que los iones de litio (átomos que han perdido el electrón del segundo nivel y por lo tanto están cargados eléctricamente con carga positiva), al descargarse la batería pasan con mucha rapidez del electrodo negativo al positivo a través del electrolito líquido que los separa; y a la inversa, permitiendo así que las baterías puedan recargarse con facilidad.

Por último, otra de sus enormes ventajas es que debido al muy pequeño tamaño del ion de litio, puede ingresar (o salir) con facilidad y rapidez de la estructura química de los materiales activos que forman los electrodos de la batería, formando los denominados “compuestos de inserción”, y permitiendo que se mantenga el balance de carga eléctrica que requieren éstos materiales tanto durante el proceso de descarga como de recarga de la batería. Todos estos aspectos han hecho del litio un material de electrodo con propiedades superiores a los usados en otros tipos de baterías conocidas, como son el plomo en las baterías de plomo-ácido de los automóviles, el cinc en las pilas comunes de cinc-carbón o el cadmio en las pilas recargables de níquel-cadmio.

Extracción del Litio

En la naturaleza el litio puede hallarse en diferentes formas. Como un componente menor en las sales cristalinas sobre la superficie de los salares o disuelto en salmueras, que son las aguas saturadas de los acuíferos profundos del salar; o en rocas integrando la estructura química de algunos minerales como el Espodumeno, la Petalita o la Lepidolita. Dentro de estos minerales, el Espodumeno es el que mayor concentración de litio posee, apenas un 8,4% en peso.

Es por lo pequeña de la concentración y por la elevada dificultad en los procesos de extracción del litio en dichos minerales, que hoy en día gran parte de este elemento  se extrae de las salmueras, es decir, de aguas saturadas de sal, en todo el mundo. Las mismas se alimentan por aguas subterráneas ricas en minerales de litio en salares de gran altitud y pueden tener un contenido de litio entre 0,04 y 0,15 % en peso, dependiendo del salar. 

El proceso de extracción en estos sitios comienza al realizar perforaciones y bombeando el agua rica en sales de litio y otros elementos hacia grandes piletones en la superficie, llamados piletas de evaporación. En estas piscinas se deja descansar la solución durante meses para que el agua se evapore hasta reducirse en un factor de 10 aproximadamente. y así se concentren las sales, resultando en una solución rica en una mezcla de sales de diferentes elementos como el manganeso, el potasio y el litio. 

A esta solución de concentración más elevada en cloruro de litio, se la procesa con agregado de alcalis (cal) y de carbonato de sodio, para luego, extraer el carbonato de litio, un polvo blanquecino que es el objetivo final de todo el proceso.

Este método es muy efectivo y de bajo costo. Sin embargo, durante el mismo se utilizan grandes cantidades de agua dulce lo que lo vuelve poco amigable ambientalmente. Para producir una tonelada de carbonato de litio se evapora aproximadamente medio millón de litros de salmuera y se utilizan unos 30.000 litros de agua dulce. 

El litio en Argentina

Argentina, el cuarto productor mundial de litio y el tercero en reservas, tiene unos 40 proyectos de extracción en diferentes etapas situados en su mayoría en la Puna, en el noroeste argentino. Actualmente, en la minería del litio operan empresas de capitales extranjeros, mayormente de Estados Unidos, Australia, China y Canadá.

«Al no haber tomado ninguna decisión de estatizar, nacionalizar o declarar el litio un recurso estratégico, Argentina tiene hoy un flujo de inversiones de entre 4.000 a 5.000 millones de dólares en proyectos que otros países no poseen», afirma Franco Mignacco, el presidente de la Cámara Argentina de Empresarios Mineros.

«Los marcos legales y las características de desarrollo de cada país son muy distintos (…) el puntapié para la cooperación bilateral y regional del litio sería más bien tecnológico y científico. Que permita a cada uno de los interesados avanzar en las políticas que está diseñando», considera el representante argentino a propósito de si la explotación debe ser estatal o privada.

El boom del litio dará a las comunidades más cercanas mucho que debatir. Entre los beneficios económicos directos que tendrían sobre ellas más el perjuicio ambiental que genera la utilización en grandes cantidades de un recurso esencial como es el agua en regiones de escasez de este recurso vital.  

El uso y aprovechamiento de nuestros recursos de litio para el desarrollo nacional de los productos tecnológicos basados en litio, como son los materiales activos para electrodos de baterías y las baterías de litio en su conjunto, es un debate que aún está pendiente. Requiere de una conjunción de enfoques de sus múltiples aspectos políticos, económicos, sociales y ambientales, que le otorgan una gran complejidad. Pero una cosa es clara cuando miramos hacia atrás. Hacia la historia de los últimos 150 años en materia de producción nacional: no podemos cometer el error de limitarnos a ser simplemente un país exportador de materias primas. El agregado de valor en la cadena comercial del litio es imperativo.

Fuentes:

• Informe Litio. Ministerio de Desarrollo Productivo de la Nación.

• Del litio a la batería. Análisis del posicionamiento argentino. Daniel Schteingart y Nadab Rajzman. CCE

• Industrialización del litio y agregado de valor local. Andrés Castello y Marcelo Kloster. CIECTI