A busca por novas fontes geológicas de lítio poderia impulsionar um futuro limpo
Há muito o que aprender sobre onde e como extrair o metal mais leve da tabela periódica.
O futuro do lítio é literalmente eletrizante. Carros e caminhões movidos por baterias de lítio ao invés de combustíveis fósseis são, para muitas pessoas, o futuro do transporte. Baterias de lítio recarregáveis também são cruciais para armazenar energia produzida por energia solar e eólica, fontes de energia limpa que são um farol de esperança para um mundo preocupado com o clima global em rápida mudança.
A prospecção de novas fontes de lítio está em alta, alimentada pelas expectativas de que a demanda por baterias de lítio recarregáveis e leves – para alimentar veículos elétricos, telefones celulares, laptops e instalações de armazenamento de energia renovável – está prestes a disparar.
Mesmo antes dos carros elétricos, o lítio era uma commodity quente, extraído por décadas por razões que não tinham nada a ver com baterias. Graças às propriedades físicas do lítio, é extremamente útil, aparecendo em todos os tipos de produtos, desde vidros resistentes a choques até medicamentos. Em 2018, esses produtos respondiam por quase metade da demanda mundial de lítio, segundo análises do Deutsche Bank, com sede em Frankfurt. Baterias para eletrônicos de consumo, como telefones celulares ou laptops, foram responsáveis por outros 25% da demanda. Veículos elétricos representaram a maior parte do resto.
300%
Aumento global estimado na demanda por lítio nos próximos 10 a 15 anos
Esse colapso logo será desviado: até 2025, até metade da demanda por lítio virá da indústria de veículos elétricos, sugerem algumas projeções. A demanda global pelo metal deverá aumentar pelo menos 300% nos próximos 10 a 15 anos, em grande parte porque as vendas de veículos elétricos devem aumentar drasticamente. Neste momento, existem cerca de 2 milhões de veículos elétricos nas ruas de todo o mundo; até 2030, esse número deverá crescer para mais de 24 milhões, de acordo com a empresa de pesquisa do setor Bloomberg New Energy Finance. A gigante de veículos elétricos Tesla está em uma busca mundial por lítio, cobrando ofertas de lítio de operações de mineração nos Estados Unidos, México, Canadá e Austrália.
Como resultado, os preços do lítio nos mercados globais estiveram em uma montanha-russa nos últimos anos, com um pico acentuado em 2018 devido aos receios de que talvez não bastasse o metal. Mas os cenários apocalípticos provavelmente estão um pouco exagerados, diz a geóloga Lisa Stillings, do Serviço Geológico dos Estados Unidos, em Reno, Nevada. O lítio representa cerca de 0,002% da crosta terrestre, mas em termos geológicos não é particularmente raro, diz Stillings. A chave, acrescenta, é saber onde está concentrada o suficiente para minerar economicamente.
Para responder a essa pergunta, os pesquisadores estão estudando como e onde as forças do vento, da água, do calor e do tempo se combinam para criar ricos depósitos de metal. Esses lugares incluem as bacias planas desérticas do “triângulo de lítio” do Chile, Argentina e Bolívia; rochas vulcânicas chamadas pegmatitos na Austrália, nos Estados Unidos e no Canadá; e argilas contendo lítio nos Estados Unidos.
A busca para encontrar e extrair esse “ouro branco” também está estimulando novas pesquisas básicas de geologia, geoquímica e hidrologia. Stillings e outros cientistas estão examinando como argilas e salmouras se formam, como o lítio pode se mover entre os dois depósitos quando ambos ocorrem na mesma bacia e como os átomos de lítio tendem a se posicionar dentro da estrutura química da argila.
Buscando fontes mais simples
O lítio, em sua forma elementar, é macio e prateado e leve, com uma densidade de cerca de metade da água. É o metal mais leve da tabela periódica. O elemento foi descoberto em 1817 pelo químico sueco Johan August Arfwedson, que estava analisando um mineral acinzentado chamado petalita. Arfwedson identificou alumínio, silício e oxigênio no mineral, que juntos representavam 96% da massa do mineral.
O resto da petalita, ele determinou, era composto de algum tipo de elemento que possuía propriedades químicas semelhantes ao potássio e ao sódio. Todos os três elementos são altamente reativos com outras partículas carregadas, ou íons, para formar sais, são sólidos mas macios à temperatura ambiente, têm baixos pontos de fusão e tendem a se dissolver prontamente na água. Graças a suas semelhanças, esses elementos, juntamente com o rubídio, o césio e o frâncio, foram posteriormente agrupados como “metais alcalinos”, formando a maior parte do grupo 1 da tabela periódica (SN: 1/19/19, p. 18). A afinidade do lítio pela água ajuda a explicar como ele se move através da crosta terrestre e como ela pode se tornar concentrada o suficiente para minerar.
A receita básica para qualquer tipo de depósito rico em lítio inclui rochas vulcânicas mais muita água e calor, bem misturado por tectônica ativa. Em todo o mundo, existem três principais fontes de lítio: pegmatitos, salmouras e argilas.
A maioria dos pegmatitos é um tipo de granito formado de magma derretido. O que torna os pegmatitos interessantes é que eles tendem a conter muitos elementos incompatíveis, que resistem a formar cristais sólidos pelo maior tempo possível. As rochas se formam quando o magma sob um vulcão esfria muito lentamente. A composição química do magma evolui com o tempo. Quando os elementos saem do líquido para formar cristais sólidos, outros elementos, como o lítio, tendem a permanecer no líquido, tornando-se cada vez mais concentrados. Mas, eventualmente, até mesmo esse magma esfria e se cristaliza, e os incompatíveis estão presos ao pegmatito.
Antes da década de 1990, os pegmatitos nos Estados Unidos eram a principal fonte de lítio extraído. Mas extrair o minério de lítio, principalmente um mineral chamado espodumênio, da rocha é caro. Além do custo da mineração real, a rocha tem que ser esmagada e tratada com ácido e calor para extrair o lítio em uma forma comercialmente útil.
Na década de 1990, uma fonte muito mais barata de lítio tornou-se uma opção. Logo abaixo das salinas áridas que cobrem grandes áreas do Chile, Argentina e Bolívia circulam águas subterrâneas salgadas e enriquecidas com lítio. Os mineiros bombeiam a água salgada para a superfície, isolando-a em tanques e deixando-a evaporar ao sol. “A mãe natureza faz a maior parte do trabalho, por isso é muito barato”, diz Stillings.
O que resta depois da evaporação é uma salmoura amarelada e amarelada. Para extrair o lítio de grau de bateria em formas comercialmente úteis, particularmente carbonato de lítio e hidróxido de lítio, os mineiros adicionam diferentes minerais à salmoura, como carbonato de sódio e hidróxido de cálcio. Reações com esses minerais fazem com que diferentes tipos de sais se precipitem para fora da solução, produzindo minerais de lítio.
Comparado com a extração de pegmatitos, o processo de extração de lítio da salmoura é extremamente barato; Como resultado, a mineração de salmoura atualmente domina o mercado de lítio. Mas na busca por mais lítio, a próxima geração de garimpeiros está buscando um terceiro tipo de depósito: a argila.
As argilas são os remanescentes endurecidos da lama antiga, produzidos pelo lento assentamento de minúsculos grãos de sedimento, como dentro de um leito de lago. Para obter argila enriquecida com lítio, são necessários os ingredientes de partida corretos, particularmente as rochas contendo lítio, como pegmatito e água subterrânea circulante. A água subterrânea liberta o lítio das rochas e transporta-o para um lago onde se concentra nos sedimentos.
O oeste dos Estados Unidos tem todos os ingredientes certos para fazer argila rica em lítio. De fato, em 2017 na Nature Communications, pesquisadores sugeriram que algumas antigas crateras de super vulcões que se tornaram lagos, como a caldeira de Yellowstone, seriam excelentes fontes de lítio.
Abaixo da América do Norte, existe uma piscina rasa de magma que alimenta o supervulcão de Yellowstone. Nos últimos dois milhões de anos, o vulcanismo do Yellowstone foi localizado no noroeste do Wyoming (e é a peça central do Parque Nacional de Yellowstone). Mas o ponto quente do Yellowstone não está parado. Nos últimos 16 milhões de anos, à medida que a placa norte-americana deslizou lentamente para o sudoeste, ela se moveu sobre o corpo de magma raso e estacionário, deixando um rastro de crateras vulcânicas que se estendiam de Nevada a Yellowstone. Uma das mais antigas crateras conhecidas de Yellowstone, chamada McDermitt Caldera, cheia de água, depois secou, deixando para trás um potencial tesouro de argila rica em lítio. A Lithium Americas Corp., com sede em Vancouver, que planeja começar as operações de mineração em um local chamado Thacker Pass, em 2022, estima que até 2025 o leito do lago possa fornecer até 25% do lítio do mundo.
Nos Estados Unidos, diz Stillings, McDermitt é “um dos grandes recursos que sabemos existir”. Mas as argilas de lítio têm alguns obstáculos a serem eliminados antes que possam competir com salmouras. Recuperar o minério de lítio requer mineração a céu aberto, que é mais cara do que bombear a salmoura. E o processamento da argila para extrair o carbonato de lítio ou outros minerais prontos para a indústria também é caro. A Lithium Americas e outras empresas que afirmam ter desenvolvido seus próprios processos de extração limpos e baratos ainda não demonstraram que serão competitivas com a mineração de salmoura.
Fontes conhecidas de lítio em todo o mundo
Vários outros tipos de extração de lítio podem estar no horizonte, diz Stillings. Salmouras ricas em lítio também podem se formar em regiões geotérmicas tectonicamente ativas, onde há muito calor no subsolo. Usinas de energia geotérmica já bombeiam a água superaquecida para gerar energia, e então a injetam de volta no subsolo. Algumas instalações estão experimentando a extração de outros elementos comercialmente valiosos da salmoura, incluindo lítio, manganês e zinco. Fraturamento hidráulico, ou fracking, também envolve o bombeamento de salmouras a partir do subsolo que podem conter altos níveis de metais dissolvidos, possivelmente incluindo lítio. Embora o lítio possa não estar presente em concentrações muito altas, a extração ainda pode valer economicamente, se for um subproduto da mineração já em andamento.
Pesquisa revitalizada
Em dezembro de 2017, a Casa Branca emitiu uma ordem executiva que direcionava o Departamento do Interior dos EUA para aumentar a pesquisa sobre novas fontes de certos “minerais críticos”, incluindo minérios contendo lítio. Citando a economia e a segurança nacional, a ordem instruiu cientistas do governo a analisar cada elo nas cadeias de fornecimento de minerais, da exploração à mineração e produção, na esperança de que novas fontes pudessem ser encontradas dentro das fronteiras dos EUA.
Os Estados Unidos não estão sozinhos na corrida para encontrar lítio. China, União Européia e outros estão em busca de novas fontes. Em janeiro, um consórcio de pesquisadores da União Européia lançou uma iniciativa de dois anos chamada Instituto Europeu de Lítio para se tornar competitiva no mercado de lítio.
Para dar início a essa nova fase na pesquisa de lítio, Stillings ajudou a convocar um simpósio na reunião anual da União Geofísica Americana em Washington, D.C., em dezembro passado. “Gostaríamos de entender como o lítio percorre a crosta terrestre”, diz Stillings. “O lítio é muito solúvel; Gosta de estar em solução. No entanto, aprendemos que à medida que se move pela crosta, interage com as argilas. ”
