Um pedaço de espodumênio, um liquidificador doméstico e uma solução química à temperatura ambiente — este processo de "nível de cozinha" trazido pela equipa de investigação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) está a tornar-se o martelo que rompe as regras e remodela o panorama do mercado global de lítio.

As baterias de lítio impulsionam a transição global para a energia limpa, mas a extração de lítio está há muito presa num duplo dilema de custos ambientais e financeiros. Na edição mais recente da revista Science, a equipa do Professor Yet-Ming Chiang, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT, anunciou formalmente um novo processo disruptivo que pode extrair lítio de rocha dura à temperatura ambiente, reduzindo os custos de processamento tradicionais para cerca de metade e, ao mesmo tempo, eliminando quase completamente os resíduos da mineração.

Uma solução radical: "pensamento inverso" quebra a prisão de silicato

O processo tradicional de extração de lítio da rocha dura de espodumênio pode ser descrito como uma "tortura energética": o minério precisa de ser calcinado em fornos gigantes a mais de 1000°C e, subsequentemente, submetido a uma lixiviação agressiva com ácido forte. Todo o processo é extremamente intensivo em energia, de alto custo e deixa para trás montanhas de resíduos tóxicos.

O avanço da equipa do MIT reside na subversão total da lógica de processamento da pirometalurgia e hidrometalurgia que perdurou por mais de um século. Enquanto os métodos tradicionais, ao lidar com a estrutura de silicato, normalmente deixam a sílica insolúvel para ser tratada no final, a equipa do MIT optou por "capturar o líder para dominar o bando" — dissolvendo a sílica primeiro, de forma prioritária e suave. Eles descobriram que a rede cristalina do espodumênio é essencialmente composta por um esqueleto de óxido de silício (Si-O), dentro do qual elementos como lítio e alumínio estão encapsulados.

A equipa selecionou com precisão uma solução de fluoreto de amónio (NH₄F) como reagente químico central. Os iões de flúor podem enfraquecer e quebrar as ligações silício-oxigénio (Si-O), dissolvendo eficientemente o esqueleto de sílica sob condições moderadas de cerca de 95°C, permitindo que o elemento lítio encapsulado seja libertado sincronizadamente para a solução.

Validação universal em 17 fontes de minério, taxa de recuperação de lítio superior a 95%

Este processo não é apenas único em princípio; os dados laboratoriais são ainda mais convincentes: a equipa realizou testes extensivos em 17 diferentes fontes de minério de espodumênio de todo o mundo, e os resultados foram bem-sucedidos sem exceção, com taxas de recuperação de lítio superiores a 95%.

Quanto às previsões de custo, os cálculos da equipa do MIT, baseados em parâmetros como dados de capacidade de produção global de recursos e taxas de recuperação de reagentes, indicam que, se for alcançada uma aplicação em escala e altas taxas de recuperação de reagentes, o custo por tonelada de produto de lítio de grau de bateria produzido será inferior a 6000 dólares. Em comparação, o limiar de custo tradicional para a extração de lítio de rocha dura é de cerca de 12000 dólares, o que significa que este processo pode reduzir diretamente os custos para cerca de metade.

Resíduo zero "do início ao fim", operação em ciclo fechado completo

O valor ambiental deste processo é quase tão importante quanto a sua vantagem de custo. Nos processos tradicionais, cerca de 70%-80% da porção não-lítio acaba por se tornar rejeitos ácidos, exigindo a ocupação de grandes áreas de terra a longo prazo e representando riscos ambientais. O processo do MIT alcança uma valorização total de todos os componentes com desperdício zero "do início ao fim". Após uma separação precisa, os produtos dissolvidos podem gerar três subprodutos de alto valor — sal de lítio de grau de bateria, alumina de grau de fundição e micropó de sílica de alta reatividade para cimento — transformando os antigos resíduos em materiais de construção e commodities metalúrgicas. O micropó de sílica de alta reatividade, quando misturado com cimento, pode aumentar a resistência deste, fornecendo uma nova fonte de matéria-prima para a indústria de materiais de construção.

Em termos de reciclagem de reagentes químicos, o gás amoníaco (NH₃) produzido após a reação de dissolução é capturado pelo sistema de circulação e reage diretamente com subprodutos, regenerando a solução inicial de fluoreto de amónio, formando assim um ciclo fechado. Ao contrário dos processos tradicionais, onde cada etapa gera descargas de efluentes, o novo processo do MIT quase não produz emissões secundárias, exceto os produtos finais.

Extração de lítio de rocha dura aproxima-se do custo mínimo da extração de salmoura

O impacto industrial mais significativo deste processo reside na remodelação do panorama geopolítico dos recursos globais de lítio. Atualmente, a extração de lítio das salmouras dos salares sul-americanos é reconhecida como o método de produção de lítio de menor custo global, mas os recursos globais de rocha dura de espodumênio são igualmente vastos, com extensas reservas nos Estados Unidos, Europa, Austrália e outros locais. Uma vez em escala, este processo permitirá, pela primeira vez, que o custo operacional da extração de lítio de rocha dura possa competir diretamente com o da extração de salmoura.

Considerando que a extração de lítio de salmoura é altamente dependente de ambientes geográficos específicos e de grandes quantidades de água doce, enquanto a extração de rocha dura tem restrições de localização muito menores, isto significa que o modelo de cadeia de abastecimento que há muito concentra o processamento de lítio na China, com os países ricos em recursos de rocha dura a exportar apenas minério bruto, pode ser quebrado. A equipa do MIT já fundou a startup Rock Zero e está a avançar com a comercialização da tecnologia na incubadora de tecnologia de ponta de Boston, The Engine.

Um avanço tecnológico, uma mudança de paradigma industrial

Um pequeno ajuste na direção da conversão química desencadeou uma mudança monumental nos cenários geotecnológico e económico. De uma perspetiva do mercado global de lítio, dados da IEA mostram que a capacidade atual de amortecimento da indústria global de lítio contra interrupções no fornecimento é de apenas 3%, e prevê-se que até 2030, 57% da capacidade de refinação ainda dependa da China. A Rock Zero pode abrir um caminho para uma cadeia industrial localizada de "minerar e refinar localmente" para os países ricos em recursos de rocha dura.

No caminho da descarbonização, os engenheiros químicos do Caltech, Gangsan Lee e Karthish Manthiram, apontaram na coluna "Perspetivas" da mesma edição da Science que a característica de operação a baixa temperatura deste processo permite uma boa integração com fontes de energia renováveis como a solar e a eólica, e as principais regiões de mineração de lítio em rocha dura coincidem precisamente com áreas ricas em recursos de energia renovável de alta qualidade.

Esta tecnologia, nascida de um lampejo de inspiração durante uma renovação de casa de banho, viajou de um pequeno episódio numa loja de ferragens local para o centro das atenções da Science, destacando o valor dos avanços nas ciências fundamentais, dos modos de pensamento não convencionais e da investigação prévia aprofundada para a industrialização.