Científicos extraen “mágicamente” metales del agua

Por Steven Ashby, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico 6 de mayo de 2022

El ingeniero químico del PNNL, Jian Liu, observa el equipo de laboratorio utilizado para extraer elementos de tierras raras de varias fuentes de agua. Este sistema de circuito de separación magnética funciona en conjunto con partículas magnéticas diminutas que se agregan al agua, extrayendo rápidamente el elemento para una fácil extracción. Crédito: Foto de Andrea Starr | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico

Los alquimistas intentaron transformar el plomo en oro hace siglos. Si bien no tuvieron éxito, la idea de extraer recursos preciosos de fuentes abundantes sigue siendo atractiva.

Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía están colaborando con la industria para probar un método que emplea nanopartículas magnéticas para extraer minerales importantes como el litio de varias fuentes de agua.

El litio es un ingrediente esencial en muchas tecnologías electrónicas y energéticas, incluidas las baterías livianas de iones de litio que alimentan todo, desde teléfonos celulares hasta vehículos eléctricos.

Crédito: Video del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico

Se proyecta que el mercado global de litio alcance los $ 8.2 mil millones para 2028, pero se produce muy poco en los Estados Unidos.

La tecnología pendiente de patente de PNNL no solo brinda potencialmente a los EE. UU. la oportunidad de producir más de su propio litio y otros materiales críticos, sino que también ofrece una forma mucho más rápida y menos costosa de hacerlo. PNNL está desarrollando nanopartículas magnéticas que están rodeadas por una capa adsorbente que se adhiere al litio y otros metales que se encuentran en el agua asociados con varios procesos industriales.

Estas fuentes podrían incluir el agua de las plantas de energía geotérmica, conocidas como salmueras geotérmicas, o el agua extraída del subsuelo durante la producción de petróleo o gas. Las partículas también podrían usarse en efluentes de plantas desalinizadoras, o incluso directamente del agua de mar. Una vez que las diminutas partículas a base de hierro se agregan al agua, el litio se extrae del agua y se une a ellas. Luego, con la ayuda de un imán, las nanopartículas se pueden recolectar en solo minutos con el litio dando un paseo, ya no suspendidas en el líquido y listas para una fácil extracción. Una vez que se extrae el litio, las nanopartículas recargadas se pueden usar nuevamente.

Esta tecnología ofrece una alternativa prometedora a los métodos de extracción convencionales que bombean agua subterránea a estanques de evaporación grandes y costosos. Esos procesos pueden llevar meses o incluso años y afectar la gestión de las aguas subterráneas en las regiones áridas donde se implementan principalmente.

Si bien el proceso de PNNL comienza a funcionar de inmediato, los procesos actuales son un poco como esperar a que el agua se evapore de una jarra de limonada con la esperanza de recuperar la mezcla en polvo que se asienta en el fondo. Si esta tecnología se implementara en plantas geotérmicas, el valor del litio recuperado podría aumentar potencialmente la rentabilidad de esta forma de energía renovable, que utiliza agua para capturar el calor en las profundidades de la superficie de la Tierra y luego lo convierte en electricidad.

PNNL está desarrollando aún más esta tecnología en asociación con Moselle Technologies, que la ha licenciado y planea probarla en varios lugares.

Este esfuerzo y las actividades de seguimiento son excelentes ejemplos de cómo los laboratorios nacionales colaboran con entidades comerciales para hacer la transición de la investigación de laboratorio a soluciones del mundo real.

Por ejemplo, los investigadores del PNNL están realizando pruebas de larga duración del sistema separador magnético para su posible uso en procesos de extracción de petróleo y gas, lo que podría generar un flujo de ingresos adicional para compensar los costos de producción.

Además de Moselle, se están asociando con otros socios comerciales para evaluar el uso de la tecnología para sus recursos de litio en Nevada y Canadá.

Finalmente, con la vista puesta en un conjunto diferente de aplicaciones, los investigadores del PNNL están personalizando la cubierta de la nanopartícula para apuntar específicamente a otros elementos y minerales comercialmente valiosos y estratégicamente importantes utilizados en tecnologías energéticas, dispositivos de imágenes médicas, electrónica y más.

Por ejemplo, están colaborando con Moselle y Geo40 para explorar la posibilidad de extraer cesio y antimonio de salmueras geotérmicas en una planta geotérmica en Nueva Zelanda.

Aunque ninguno de estos esfuerzos equivale a hechicería, uno podría perdonar a los alquimistas de antaño por confundir esta maravilla de la química con la magia.

El enfoque novedoso de PNNL es verdaderamente notable. Ofrece la promesa de extraer minerales críticos de una manera rápida y rentable. Y una innovación como esta podría valer su peso en oro.