La domanda crescente di batterie ha spinto la comunità scientifica a studiare con attenzione la possibilità di estrarre litio dal mare. Di fronte ai giacimenti terrestri sotto pressione e a processi estrattivi ad alto impatto ambientale, gli oceani appaiono come una riserva colossale ancora non sfruttata su scala industriale.
Trasformare questa abbondanza in una risorsa davvero accessibile, però, non è stato semplice. In questo contesto, un gruppo di ricercatori cinesi ha presentato un sistema che promette di migliorare sensibilmente la cattura del litio dall’acqua di mare e, allo stesso tempo, produrre acqua desalinizzata. La proposta si basa su un design meccanico insolito.
Perché puntare sul litio del mare e non su quello della terra
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Device e affronta un problema centrale: la produzione attuale di litio non basta a coprire la crescita del mercato dei veicoli elettrici e dei sistemi di accumulo energetico in rete. Secondo gli autori, la capacità estrattiva esistente difficilmente riuscirà a soddisfare la domanda futura se non si sviluppano metodi alternativi.
Gli oceani contengono circa 230.000 miliardi di tonnellate di litio. Una quantità enorme, ma con una concentrazione molto bassa: solo 0,2 milligrammi per litro di acqua marina. Al contrario, la concentrazione di sodio supera i 12.000 milligrammi per litro. Questo squilibrio rende l’estrazione del litio dal mare una sfida tecnica complessa.
Le tecniche sperimentate negli ultimi anni, come l’intercalazione elettrochimica, la nanofiltrazione o l’estrazione liquido-liquido, hanno mostrato limiti importanti. L’elevata presenza di ioni sodio interferisce con i processi di separazione e riduce l’efficienza fino a livelli poco compatibili con un’applicazione industriale.
Un’altra via di ricerca è stata l’uso di setacci di ioni di litio, come l’ossido di manganese idrogenato. Questi materiali sono relativamente selettivi, ma il loro rendimento è frenato dalla scarsa concentrazione di litio nell’acqua di mare. Combinandoli con l’evaporazione interfaciale, la cattura migliora, ma compare un nuovo problema: l’accumulo di sali che blocca il sistema prima di raggiungere concentrazioni utili.
Il dispositivo SPSE: estrarre litio e produrre acqua potabile
La proposta sviluppata in Cina è chiamata estrattore basculante solare, noto con la sigla inglese SPSE. Il dispositivo ha una struttura “a sandwich”: uno strato idrofilo capace di adsorbire il litio è posizionato tra due strati idrofobici con proprietà fototermiche.
Il funzionamento si basa sull’evaporazione indotta dalla luce solare. Lo strato superiore converte la radiazione solare in calore, accelerando l’evaporazione dell’acqua. Questo processo genera un flusso capillare che trasporta gli ioni verso lo strato centrale, dove il litio viene trattenuto.
Nel lavoro i ricercatori spiegano che, nello SPSE, il tappetino nanofibroso idrofilo agisce come pompa capillare per il trasporto degli ioni e come serbatoio per la cattura di Li+. Si riempie d’acqua tramite flusso capillare, permettendo il trasporto continuo degli ioni insieme all’evaporazione.
La caratteristica distintiva del sistema è l’inclinazione iniziale di 30 gradi. Man mano che i sali si accumulano nella parte superiore, il peso provoca un movimento basculante simile a quello di un’altalena a bilico. Quando l’estremità appesantita si immerge, i sali si dissolvono e il dispositivo torna alla posizione iniziale, iniziando un nuovo ciclo.
Secondo gli autori, questa configurazione a bilanciere consente agli ioni di litio di sollevarsi e concentrarsi grazie all’evaporazione, superando la cinetica lenta di adsorbimento, mentre le incrostazioni saline vengono rimosse dal movimento.
Grazie a questo meccanismo, il sistema è riuscito ad aumentare di 15,5 volte la concentrazione locale di litio, accelerando la cinetica di adsorbimento. Inoltre, la separazione tra litio e sodio ha superato un fattore di 370.000, un dato molto rilevante per la fattibilità del processo.
Confronto con i modelli tradizionali e produzione di acqua potabile
Per valutare le prestazioni, il team ha confrontato il modello basculante con un altro dispositivo completamente immerso. Dopo 120 ore di test, l’estrattore a bilanciere ha mostrato una capacità di cattura del litio superiore del 69% rispetto al sistema di immersione tradizionale.
Il miglioramento viene attribuito alla combinazione tra evaporazione solare e autolavaggio meccanico. Mentre i metodi convenzionali soffrono di ostruzioni dovute all’accumulo di sali, il movimento oscillante dello SPSE riduce questo rischio e consente un funzionamento più continuo.
Un altro aspetto importante è il sottoprodotto del processo: con alcuni aggiustamenti, l’acqua risultante può raggiungere standard di potabilità. I ricercatori descrivono il sistema come un modello di produzione simultanea di litio e di desalinizzazione dell’acqua di mare, con un potenziale particolare nelle aree con scarsità idrica.
Questo approccio potrebbe rappresentare un’alternativa più sostenibile rispetto all’estrazione terrestre, che comporta un elevato consumo di acqua e una forte alterazione degli ecosistemi. Se la tecnologia dovesse consolidarsi, l’estrazione di litio dal mare tramite energia solare ridurrebbe la dipendenza da salares e giacimenti continentali.
Le sfide ancora aperte per il litio degli oceani
Nonostante i risultati di laboratorio siano promettenti, il dispositivo presenta ancora diverse limitazioni. I setacci a base di manganese hanno mostrato un calo di rendimento del 21,6% dopo 30 cicli di utilizzo, sollevando dubbi sulla loro durabilità.
Il team suggerisce di sostituire questi materiali con setacci a base di titanio, caratterizzati da una maggiore stabilità strutturale. Sarà inoltre necessario adattare il sistema alle condizioni reali dell’oceano, dove pH e composizione chimica possono differire sensibilmente da quelli dei test controllati.
Un’ulteriore sfida è garantire che la cattura del litio dal mare possa avvenire senza regolazioni chimiche aggiuntive, dato che molti materiali selettivi richiedono ambienti alcalini. Ridurre la necessità di modificare il pH sarà un elemento chiave per una futura applicazione pratica.
