El litio y la urgente necesidad de desarrollo de procesos productivos sustentables

La actual forma de producción de este elemento, a través del uso indiscriminado del recurso hídrico, requiere de un cambio drástico en el modelo de extracción.


Situación general del Litio

Actualmente Chile se encuentra entre los pocos países a nivel mundial que comienzan un vertiginoso camino para aumentar la producción de compuestos purificados de Litio. Esto como resultado de una creciente demanda de este elemento en los últimos 10 años, pero principalmente por las ostentosas proyecciones de crecimiento que diversas fuentes concuerdan dentro de las próximas dos décadas.

Demanda del Litio
La principal demanda de Litio está relacionada con sus características especiales, que lo hacen muy atractivo para el almacenamiento de energía eléctrica. Resulta en la actualidad el componente principal de la gran mayoría de las baterías disponibles en el mercado y que alimentan a un sinnúmero de unidades electrónicas portables, como celulares, tablets y laptop, entre otros. Un futuro aún más favorable se prevé como resultado del advenimiento de la tecnología de electro movilidad, es decir, del progresivo aumento de automóviles energizados eléctricamente en desmedro de los que actualmente usamos, que obtienen su energía de la quema de combustibles fósiles. Las proyecciones actuales indican que para el 2030 se espera una participación de mas de 45% de automóviles eléctricos en el mercado, implicando un incremento de más de 30 veces respecto a la situación 2018. En paralelo, coexiste un aumento general de los equipos portátiles que requieren cada vez mayor autonomía (horas de uso sin recargar). En suma, la demanda de Litio se espera incremente en aproximadamente 40 veces en los próximos 10 años para alcanzar 500.000 toneladas anuales de producción.

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Relevancia del Litio para Chile

Chile es actualmente el principal productor de Litio refinado, con una participación de más del 41% a nivel mundial, seguido de cerca por Australia (33%) y Argentina (11%). La relevancia queda aún mas de manifiesto al entender que las reservas estimadas posicionan a nuestro país con el 52% del total mundial, seguido más distante por China (22%) y Australia (14%). En palabras simples, el Litio ofrece una oportunidad única para nuestro país en dirección a diversificar la matriz económica, tal vez comparable con la irrupción de la industria salitrera de fines del siglo XIX. Sin embargo, el carácter de alta tecnología asociado a la utilización final de este material, introduce una oportunidad aún más valiosa al incorporar mayor valor agregado al producto en vez de comercializarlo como materia prima, si es que hemos aprendido de los errores del pasado. En esta línea es posible visualizar el desarrollo de procesos productivos más eficientes y sustentables, además de desarrollar materiales avanzados en base a Litio, necesarios para el funcionamiento de baterías.

Extracción de Litio
Las prominentes reservas de litio de las que dispone nuestro país, se localizan mayoritariamente en salares ubicados en la zona norte. Entre éstos destaca, en cuanto a concentración y reservas de Litio, el Salar de Atacama, ubicado en la región de Antofagasta, actualmente explotado para la extracción de este y otros elementos. La relevancia de este salar es mayúscula, al entender que en conjunto con los salares de Uyuni (Bolivia) y Hombre Muerto (Argentina), conforman un macro deposito que concentra más del 80% de las reservas mundiales.
El proceso típico de extracción de Litio y que domina la producción nacional y mundial, se basa en el método de separación por evaporación solar de la salmuera. Es importante destacar que se trata de un método cuyos orígenes datan desde los albores de la actividad humana, y que su simplicidad y economía permite que, hoy por hoy, se pueda observar cómo es llevado a cabo en comunidades rurales para la obtención de sal desde agua de mar (salinas). En concreto, el proceso consiste en extraer salmuera mediante perforaciones que pueden alcanzar desde los 30 a 200 metros de profundidad. Millones de litros de este elemento son bombeados diariamente desde la profundidad del salar hasta grandes pozas de evaporación que pueden medir entre 500 m hasta 1 km de longitud, el equivalente a 5 a 10 canchas de fútbol. Una vez almacenada la salmuera se deja expuesta a la intensa radiación solar durante un periodo de 8 a 12 meses, de tal forma de evaporar suficiente agua y obtener un producto de alta concentración, llamada Carnalita de Litio. Durante este proceso la concentración de Litio en la salmuera se incrementa más de 30 veces para llegar hasta aproximadamente un 6%, dependiendo de las impurezas remanentes de otros elementos. Esta salmuera rica en Litio es la base para la producción de Carbonato de Litio, que es el producto final de comercialización y materia prima para producir otras sales algo más cotizadas, como el Hidróxido de Litio o Cloruro de Litio, y la obtención de Litio Metálico por electrólisis de sales fundidas.

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De la problemática
La simplicidad del proceso para la extracción de Litio en nuestro país y en gran parte del mundo, sólo se compara con su interesante bajo costo asociado. Sin embargo, adolece de serios inconvenientes. Entre éstos destaca el requerir ciclos de producción extensos, llegando a necesitarse varios meses para obtención del producto, dado que los minerales de litio son separados de la salmuera en las últimas etapas del proceso, después de separar varios otros compuestos. Esta situación repercute fuertemente en la flexibilidad de la producción global e implica mayor susceptibilidad a los vaivenes del mercado. Sin duda, el mayor inconveniente tiene relación con el elevado consumo de agua a través del proceso. La tecnología de concentración solar de salmueras descansa en la constante remoción de agua desde las piscinas vía evaporación. Es decir, toneladas de este vital recurso se pierden en la atmósfera y finalmente son restadas en forma definitiva desde la salmuera. Los datos actuales de producción indican que cada año, sólo en Chile, un volumen de a lo menos 80 millones de litros se pierden, el volumen necesario para alimentar en igual periodo de tiempo a una ciudad de un millón de habitantes. Al contextualizar esta pérdida en una zona del planeta donde la escasez hídrica es brutal, ciertamente la forma de extracción actual puede calificarse como un atentado ambiental.

Desarrollos en la Escuela de Ingeniería Química PUCV
Entendiendo el rol preponderante de este recurso para nuestro país, la Escuela de Ingeniería Química PUCV ha iniciado el desarrollo y exploración de diferentes proyectos relacionados con el Litio. El Dr. Gianni Olguín, director de la Escuela, indica que “nuestros ámbitos de acción contemplan la evaluación tecnológica y económica de procesos más sustentables para la extracción a larga escala, además del desarrollo en el campo de la ciencia de materiales para mejorar las propiedades de materiales que contienen Litio”. En cuanto a innovación en procesos de extracción, El Dr. Carlos Carlesi, quien lidera un proyecto en conjunto con la industria, especifica que la Escuela está enfocada en el desarrollo de procesos de extracción de Litio desde salmuera, que incorporen tecnología que permita reducir drásticamente los tiempos de producción y eviten la evaporación de agua. De esta forma, se aspira a extraer el Litio sin impactar en el recurso hídrico, devolviendo la salmuera a su fuente original.

En el desarrollo de materiales, el Dr. Jaime Morales y la Dra. Dreidy Vásquez han desarrollado varios proyectos con financiamiento interno y externo (FONDECYT-CONICYT), que han permitido establecer dos laboratorios para la síntesis y fabricación de los componentes principales de baterías de Litio, como son los electrodos y electrolitos. El foco de estos proyectos está en el proceso de obtención y síntesis de materiales de Litio en conjunto con la incorporación de otras riquezas minerales de nuestro país, como Cobre, Cobalto, Molibdeno por nombrar algunos. Es así como en la fabricación de electrodos, hemos desarrollado compuestos basados en Fosfatos de Litio, Siliciuros de Molibdeno y Magnesio, así como Disulfuro de Molibdeno. La Dra. Vásquez enfatiza que “el interés en usar estos materiales en el desarrollo de los electrodos de la batería, parten de nuestro compromiso de impulsar el uso de materias primas que tenemos disponibles en Chile, a lo que llamamos materiales Km cero (0), y además porque los mismos poseen las características y propiedades que se requieren para estas aplicaciones”.

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La investigación de nuevos materiales de Litio, que incluyen la combinación de los compuestos arriba mencionados, es de vital relevancia para mejorar las capacidades de las baterías, permitir que las mismas puedan cargarse más rápido y tener una mayor duración, tanto en su uso diario como en sus ciclos de vida y, de esta forma, aspirar a satisfacer las exigentes condiciones que el avance de la tecnología les está demandando y que los materiales actuales ya no pueden satisfacer.

Estrategia País
El actual escenario impone, sin lugar a dudas, una fuerte exigencia a nuestro país, si pretende continuar y reforzar el liderazgo en la producción de este recurso a nivel mundial. Las proyecciones de producción nacional para los próximos años, considerando nuevos proyectos de extracción reportados, muestran un incremento algo superior al 100% respecto a la condición del año 2018, mientras similares datos para Australia y Argentina se elevan por sobre duplicar o triplicar la producción. Por lo tanto, es relevante asumir una estrategia a nivel país para enfrentar este desafío, con miras a incrementar, optimizar y tornar más sustentables los procesos de extracción y refinación de Litio.

En esta dirección, la reciente modificación de la regulación de extracción de este producto en Chile permite pensar que ha habido una adecuada lectura desde las esferas políticas. Por primera vez se incorporan restricciones a las concesiones de explotación en orden de fijar cuotas reservadas del recurso extraído, cercanas al 25%, que deben destinarse exclusivamente para dar valor agregado al producto final. A través de Corfo, quien tiene el control de concesiones, se han licitado durante 2018 contratos con empresas tecnológicas cuya finalidad es capturar esas cuotas reservadas e invertir en industrializar el Litio durante los próximos años. Como consecuencia de este primer paso, factible de catalogar como tímido pero prometedor, se espera sacar mayor provecho de este mercado mediante el desarrollo de capacidades tecnológicas, productivas y de recursos humanos asociadas a la generación de productos de mayor valor agregado, partiendo de materias primas provenientes de los yacimientos tanto propios como de los países vecinos.

Queda en deuda mirar hacia los procesos extractivos en sí, buscando eliminar o minimizar las problemáticas previamente discutidas. Urge establecer políticas que favorezcan el desarrollo de tecnologías y procesos que permitan reemplazar u optimizar el añejo y poco sustentable método de extracción de Litio que domina nuestro mercado en la actualidad. La falta de visión en esta materia, de la mano del incremento de producción previsto, conduce inexorablemente a un desequilibrio ambiental en las zonas de explotación.

Es también oportuno mirar el contexto geopolítico de la zona productiva del recurso, donde convergen áreas del norte de Chile, noroeste de Argentina y sur de Bolivia. Una macrozona privilegiada geológicamente respecto al recurso de Litio, dada la gran acumulación de reservas en comparación al escenario mundial. Se ve entonces razonable tender a construir alianzas estratégicas, de tal forma de aunar competencias y generar sinergias entre los países implicados, con el objeto de transformarse en un polo productivo de gran injerencia a nivel mundial.

Si bien se han dado pasos estratégicos como país en dirección a sacar mayor provecho de la oportunidad que ofrece el promisorio mercado del Litio, resultan iniciativas poco sustentables en el mediano y largo plazo, si no se complementan con medidas que engloben toda la actividad económica asociada al recurso.