Novas maneiras de alimentar o consumo mundial de lítio

Da pv magazine Global

A demanda por lítio está aumentando e a agência de preços Benchmark Mineral Intelligence (BMI) espera um mercado de materiais de lítio de um milhão de toneladas em 2024 e uma taxa composta de crescimento anual de 15% até 2033.

Analistas, incluindo a BMI, antecipam o início de uma escassez de lítio por volta de 2029 em meio a preocupações ambientais e políticas sobre a expansão necessária da mineração e processamento de lítio e sua concentração em um pequeno número de países.

O lítio é amplamente produzido por evaporação de salmoura ao ar livre – no “triângulo do lítio” da América do Sul – ou da mineração de rochas duras, principalmente na Austrália. A China, que processa esse material australiano, tem capacidade doméstica de mineração baseada em rocha dura e salmoura. A BMI estima que 34% do lítio é extraído na Austrália, 28% na América do Sul e 20% na China.

A mineração de rochas duras com uso intensivo de energia depende de equipamentos de mineração movidos a diesel e processamento de alta temperatura. A concentração e o processamento da salmoura por evaporação, embora tenham emissões de CO2 mais baixas, consomem muita água em regiões áridas, gerando preocupações sobre o uso excessivo de aquíferos. A oposição resultante aos projetos garante que a indústria de mineração de lítio seja lenta para reagir à flutuação da demanda.

Extração direta de lítio

As abordagens de extração direta de lítio (DLE) oferecem uma alternativa ao extrair lítio da salmoura usando processos térmicos ou químicos. A BMI estima que o método seja responsável por 4% do lítio atual e chegará a 12% até 2030.

“Alguns projetos comerciais estão em funcionamento há anos”, disse o analista principal de lítio da BMI, Federico Gaston Gay. “Agora há um interesse renovado. As empresas de mineração e petróleo e gás estão olhando para o DLE e têm o dinheiro e a experiência para desenvolvê-lo.”

A água usada durante o DLE pode ser devolvida aos aquíferos. Os processos DLE são normalmente alimentados por eletricidade e, em alguns casos, as mesmas salmouras também podem ser usadas para geração de energia geotérmica.

“Nossa abordagem ao DLE significa que há um esgotamento mínimo de água do aquífero subterrâneo e, se usado com energia renovável como pretendemos, há emissões mínimas associadas às operações”, disse Steve Kesler, presidente executivo e CEO interino da Cleantech Lithium (CTL). A empresa está aumentando os projetos de DLE no Chile e opera uma planta piloto de processamento que produz eluato que é processado por terceiros em carbonato de lítio para baterias, pronto para testes por fornecedores de baterias.

Gaston Gay observou que, embora haja potencial, as alegações da indústria sobre o impacto ambiental reduzido ainda precisam ser comprovadas. “Na maioria dos casos, as salmouras são reinjetadas, então, em teoria, o equilíbrio do aquífero não é alterado”, afirmou. As operações de DLE também ocupam uma fração da terra exigida pelas lagoas de evaporação. Essas diferenciações podem fazer uma grande diferença nas credenciais ambientais, mas não há informações suficientes disponíveis para dizer definitivamente que é mais limpo.

Estima-se que o maior dos locais de extração planejados da CTL, Laguna Verde, contenha cerca de 1,8 milhão de toneladas de carbonato de lítio equivalente. A perfuração inicial e um estudo de pré-viabilidade estão em andamento. Assim que concluído, a CTL buscará investidores, parceiros de compra e financiamento de dívida para cobrir o custo de construção estimado de US$ 450 milhões para uma usina DLE em grande escala no local.

Os custos de produção de DLE podem variar muito, dependendo da composição, temperatura e profundidade da salmoura, bem como de outras condições no local do projeto e da tecnologia específica usada. Kesler, da CTL, informou que espera que os projetos da empresa tenham “custo relativamente baixo” em comparação com outras operações de mineração de lítio. Gaston Gay, por sua vez, observou que os custos do DLE devem ser comparados favoravelmente com a mineração de rochas duras. Contra a extração convencional de salmoura, no entanto, o DLE substitui a evaporação natural ao sol por um processo mais intensivo em energia. Outros tratamentos podem ser necessários antes ou depois da extração, levando também a um custo potencialmente mais alto.

Novos truques

Embora os processos DLE sejam comercialmente comprovados e já estejam em operação, a expansão para uma participação de mercado mais significativa exigirá novas tecnologias e aplicações. Gaston Gay observou que os projetos operacionais localizados na Argentina e na China são mais um aprimoramento da evaporação convencional do que um processo completamente novo e que uma ampliação dramática de qualquer processo provavelmente virá com complicações.

Em um artigo de 2023 publicado na Nature Reviews Earth & Environment, cientistas liderados pela Universidade Nacional de Jujuy, na Argentina, dividiram a tecnologia DLE em sete grandes categorias em vários níveis de desenvolvimento comercial. “Algumas abordagens DLE propostas, como bombeamento de íons ou membranas seletivas de Li + [lítio], são completamente novas e exigirão esforços de engenharia mais amplos para atingir a escala industrial”, escreveu a autora principal Maria L. Vera. “Por outro lado, outras propostas, como troca iônica, extração por solvente ou processos de eletromembrana, têm sido estudadas há décadas … O desafio aqui é adaptar essas metodologias à complexidade das salmouras ricas em lítio.”

A CTL diz que optou por um dos processos mais conhecidos como medida de redução de risco. “A tecnologia de purificação existe há muitos anos, em vários setores, incluindo urânio e tratamento de água, portanto, há relativamente pouco risco tecnológico no processo”, disse Kesler. “Também pretendemos mitigar esse risco trabalhando com alguns dos nomes mais respeitados do setor.”

A disponibilidade de opções de tecnologia também deve tornar o DLE mais adaptável às diferentes condições do local. “Em Laguna Verde, por exemplo, estamos testando vários adsorventes para entender qual funciona melhor com nossa salmoura em termos de seletividade de moléculas de lítio e rejeição de outros minerais”, acrescentou Kesler. “Nem todas as salmouras são iguais, é um caso de trabalhar e otimizar o processo e a tecnologia, em vez de ter que reinventar nada.”

Oferta diversificada

Outra razão para o recente burburinho em torno do DLE é seu potencial para aumentar muito a quantidade de lítio disponível para extração. Em projetos de salmoura existentes, a BMI estima que uma melhor eficiência do processo com DLE pode aumentar os rendimentos em até 670 mil toneladas por ano. O processo também pode levar a mineração de lítio a várias novas regiões.

Vera et al. estimaram que 50% a 85% das salmouras continentais ricas em lítio estão na região do triângulo do lítio, com a China sendo a segunda maior fonte. Salmouras geotérmicas e salmouras de campos petrolíferos, com menor concentração de lítio, são encontradas em muitas outras regiões, mas não foram consideradas viáveis porque a evaporação até a concentração necessária levaria muito tempo, ou os depósitos estão em regiões sem terra suficiente ou um clima adequado para a evaporação ao ar livre.

Vários projetos de teste de DLE estão em andamento na Europa, com os sites da Vulcan Energy Resources, na Alemanha, entre os mais avançados. Espera-se que a “primeira fase” do projeto da Vulcan produza 24 mil toneladas de hidróxido de lítio por ano e a empresa assinou acordos de fornecimento a partir de 2025 com vários compradores da indústria de baterias.

O projeto da Vulcan, localizado no Vale do Alto Reno, na Alemanha, combina DLE com uma usina de energia geotérmica. Salmouras de vários locais de perfuração são canalizadas para a planta. O calor das salmouras é usado para gerar eletricidade e as salmouras são então tratadas para produzir um pré-produto – cloreto de lítio suspenso na água. Em seguida, será transportado para um local próximo a Frankfurt, onde será processado, por eletrólise, para produzir hidróxido de lítio para baterias.

Horst Kreuter, cofundador e principal representante da Vulcan Energy Resources, disse que o primeiro cluster geotérmico começou a produzir o cloreto de lítio, que está sendo mantido em armazenamento aguardando a conclusão da planta de eletrólise.

A Vulcan tem licenças de exploração para outros locais de perfuração ao redor do Vale do Alto Reno e diz que a planta de eletrólise também pode ser usada para processar salmouras enviadas de mais longe. “A planta de eletrólise custou cerca de US $ 30 milhões para ser construída, então você não pode colocar uma em cada local”, disse Kreuter. “A planta é altamente flexível, podemos adicionar diferentes pré e pós-tratamentos e podemos trabalhar em diferentes temperaturas e pressões. Estamos planejando com antecedência e começando a olhar para outras áreas da Europa também.”

Existem muitas outras áreas na Europa que valem a pena explorar em busca de salmouras que podem ser adequadas para DLE. No sudoeste do Reino Unido, a Cornish Lithium está trabalhando em vários projetos e tem como meta 15.000 toneladas de produção de DLE em vários pequenos locais até 2030.

Em comparação com o projeto na Alemanha, a Cornish Lithium espera encontrar salmouras em temperaturas mais baixas e concentrações mais baixas de lítio. Uma temperatura de cerca de 80° C é muito baixa para a energia geotérmica, mas pode ser suficiente para fornecer aquecimento urbano para a área local. A menor concentração na salmoura também pode permitir que o projeto faça uso de processos de extração mais baratos e, assim, aumente a escala mais rapidamente.

“A salmoura na Cornualha é muito limpa – na verdade, é menos salgada do que a água do mar”, disse Neil Elliot, gerente de desenvolvimento corporativo da Cornish Lithium. “Nossa exploração mais recente encontrou concentrações de lítio de mais de 100 partes por milhão. Isso significa que podemos olhar para tecnologias de membrana e várias outras técnicas de concentração. Trabalhar com tecnologia de membrana, como a osmose reversa comumente usada na dessalinização da água, significa que o DLE também pode produzir água limpa para as comunidades locais.

Alternativa de rocha dura

Juntamente com seu projeto DLE, a Cornish Lithium está desenvolvendo mineração de lítio em rocha dura em outro local na Cornualha, que deve produzir mais 10.000 toneladas por ano de hidróxido de lítio até 2030.

A empresa planeja reconstruir um poço de argila de porcelana em desuso e construir uma planta de processamento a um quilômetro do local. Os materiais extraídos no local podem ser processados de maneira bem diferente do mineral espodumênio normalmente extraído na Austrália. A Cornish Lithium trabalhou com a empresa australiana Lepidico para desenvolver um processo adequado. As avaliações do ciclo de vida realizadas no projeto da Lepidico estimam uma redução de 40% nas emissões de carbono em comparação com a mineração típica de lítio em rocha dura. “Normalmente, com um projeto de rocha dura, você tem que torrar o minério em temperaturas acima de 1.000° C”, disse Elliot. “Em vez disso, usamos um processo químico desenvolvido pela Lepidico, utilizando ácido sulfúrico para produzir lítio.”

Essa rota também deve permitir que a empresa produza hidróxido de lítio para baterias no mesmo local sem envio ou processamento adicional. “A ideia é chegarmos a um produto final na Cornualha que possamos enviar diretamente aos usuários da indústria de baterias”, acrescentou Elliot.