venerdì, Settembre 30, 2022
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Dentro l’energia pulita: in un mondo affamato di litio, i ricercatori sviluppano un metodo per ottenerlo dall’acqua

Il mondo ha bisogno di grandi quantità di litio per soddisfare la domanda di batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici e stoccaggio di energia. E gli Stati Uniti sono molto indietro rispetto alla Cina nell’assicurarsi una fornitura di questo metallo raro.

Recuperare il ritardo in questa corsa globale può richiedere un po’ di magia, o almeno un processo che sembra magico.

I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory di Richland, nello stato di Washington, hanno prodotto magneti in grado di separare il litio e altri metalli dall’acqua. Questo approccio ha il potenziale per consentire alle aziende di raccogliere il litio in modo conveniente da fonti come la salamoia utilizzata nei sistemi di energia geotermica e le acque reflue lasciate dall’uso da parte dell’industria.

“Crediamo che questa cosa possa essere grande”, ha affermato Jian Liu, un ingegnere ricercatore senior del laboratorio.

Il laboratorio ha sviluppato una “nanoparticella” magnetica che si lega ai materiali che l’utente sta cercando di estrarre da un liquido. Quindi, quando il liquido passa su un campo magnetico, la nanoparticella, che ora è fissata al materiale desiderato, solitamente il litio, viene estratta.

Liu e il suo team hanno sviluppato questo sistema per otto anni. La versione in laboratorio sembra una raccolta di contenitori per l’acqua collegati da tubi di plastica trasparente e pompe elettroniche.

In un video di YouTube del 2016 pubblicato dal laboratorio, un ricercatore posiziona un vasetto di liquido nero su un magnete e il liquido si separa rapidamente in un liquido trasparente sopra e un grumo nero di particelle di metallo in basso, come una scienza della scuola elementare sperimentare.

Jian Liu

A quel tempo, Liu si stava concentrando su come estrarre il litio dal liquido che circola nelle centrali geotermiche. Una centrale geotermica cattura il calore da sotto la superficie terrestre per produrre vapore che fa girare una turbina per produrre elettricità. Il trasferimento di calore avviene facendo circolare un liquido che viaggia dalle profondità ultra calde della terra alla superficie e poi di nuovo indietro.

Gli Stati Uniti hanno più di 100 centrali geotermiche, la maggior parte delle quali di piccole dimensioni, con una capacità combinata inferiore a 4.000 megawatt. Ma gli imprenditori stanno lavorando a progetti che potrebbero rendere la geotermia una parte più ampia del mix energetico e una parte importante della transizione verso un’elettricità priva di emissioni di carbonio.

Ma le centrali geotermiche sono solo una parte dell’opportunità, ha spiegato Liu. Lo stesso sistema può essere utilizzato per raccogliere il litio dall'”acqua prodotta”, che include le acque reflue provenienti da miniere, fracking e altri processi industriali, e questa potrebbe essere una delle principali fonti di litio. (La mia collega Liza Gross ha scritto di alcune delle preoccupazioni ambientali relative all’acqua prodotta, il che può servire a ricordare che alcuni dei potenziali benefici della ricerca presso il laboratorio Pacific Northwest sono legati a industrie e pratiche con gravi svantaggi.)

Ecco la matematica del back-of-the-envelope: sulla base di una stima di 1 trilione di galloni di acqua prodotta negli Stati Uniti e una media di 9 parti per milione di litio in quell’acqua, il sistema del laboratorio ha il potenziale tecnico per essere utilizzato per recuperare 34.000 tonnellate di litio all’anno, che è diversi multipli dell’attuale produzione statunitense, ha detto Liu.

L’avvertenza principale è che il processo ha un costo che significa che ha senso economico solo per l’uso in liquidi con concentrazioni più elevate di litio. La ricerca del laboratorio sta lavorando per ridurre i costi.

In questo momento, il processo è redditizio per l’uso in centrali geotermiche con 100 parti per milione di litio, con un tasso di rendimento di circa il 15 percento, ha detto Liu, citando le stime. Ma solo pochi impianti geotermici hanno così tanto litio nella loro salamoia.

Il laboratorio sta lavorando con Moselle Technologies, una società con sede in Texas che sta esplorando vari metodi per ottenere litio e altri metalli rari.

Moselle sostiene la tecnologia disegnando un contrasto con alcuni dei metodi più comuni per raccogliere il litio, come l’uso di grandi bacini di evaporazione, che sono inefficienti e spesso dannosi per l’ambiente circostante.

Devo fare un passo indietro e dire che il sistema sviluppato dal laboratorio Pacific Northwest è uno dei tanti progetti presso istituti di ricerca in tutto il paese che cercano di aiutare ad aumentare la fornitura di litio e farlo in un modo che sia meno dannoso per l’ambiente . Ad esempio, l’Argonne National Laboratory nell’Illinois sta lavorando con SQM del Cile, uno dei principali produttori di litio al mondo, su vari metodi che potrebbero ridurre i danni ambientali causati dagli stagni di evaporazione.

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Ognuno di questi sforzi di ricerca potrebbe finire per far parte del quadro più ampio dell’aumento della fornitura di litio e di altri metalli rari e della riduzione degli effetti dannosi dell’estrazione del litio.

Allo stesso tempo, i ricercatori stanno esaminando una varietà di alternative al litio che consentirebbero la produzione di batterie da materiali molto più comuni e meno costosi. Tra le tecnologie emergenti ci sono le batterie “a ioni di sodio”, che hanno il potenziale per accumulare più energia a un costo molto inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio.

Non so cosa finirà per fare la differenza nel mercato, ma il fatto che così tante ricerche si concentrino su quest’area mi dà la certezza che le attuali preoccupazioni sulla fornitura di litio non sono una condizione permanente.

Altre storie sulla transizione energetica da prendere in considerazione questa settimana:

Le autorità di regolamentazione della California dedicano più tempo alla misurazione della rete: La California Public Utilities Commission chiede un nuovo round di feedback su come strutturare il sistema finanziario per i proprietari di impianti solari sui tetti. Quest’ultima richiesta di informazioni durerà fino al 10 giugno, indicando che la commissione non è vicina a una decisione sul lungo e controverso processo di revisione delle regole solari sui tetti, come riporta Ryan Kennedy per PV Magazine. La commissione ha rilasciato una proposta di decisione nel caso l’anno scorso che avrebbe ridotto drasticamente i vantaggi finanziari del possedere impianti solari sui tetti nello stato che è il leader del solare sui tetti del paese. Poi, dopo il contraccolpo dell’industria solare e di molti gruppi ambientalisti, a febbraio la commissione ha dichiarato che non avrebbe votato sulla proposta e che invece si sarebbe preso più tempo per esaminare il caso.

I più grandi siti di controllo per produttori di batterie al mondo per la prima fabbrica negli Stati Uniti: La Contemporary Amperex Technology Co., o CATL, è vicina all’annuncio di una decisione su dove costruirà la sua prima fabbrica negli Stati Uniti, considerando la Carolina del Sud e il Kentucky. L’azienda cinese è il più grande produttore mondiale di batterie per veicoli elettrici e altri usi ed è probabile che la sua espansione negli Stati Uniti abbia effetti a catena sull’industria delle batterie e automobilistica. Il nuovo stabilimento statunitense fornirebbe batterie per BMW e Ford, come riferiscono per Reuters Christoph Steitz e Ben Klayman.

Dentro il piano misterioso di Elon Musk per il Texas: Tesla ha costruito una vasta fabbrica ad Austin, in Texas. Ma questo potrebbe essere solo l’inizio di quella che potrebbe diventare una raccolta di attività legate al CEO di Tesla Elon Musk che potrebbe localizzare su 3.100 acri che lui o i suoi affiliati possiedono vicino alla fabbrica. Austin sta diventando il centro delle attività globali di Musk, anche se ci sono pochi dettagli su ciò che l’esecutivo ha intenzione di fare con tutta quella terra, come riporta David Ferris per E&E News. La crescita delle società di Musk sta già trasformando Austin, contribuendo a un aumento dei prezzi dei terreni e alle preoccupazioni che il carattere dell’area subirà un cambiamento fondamentale.

Il governo federale acquisterà capacità di linee elettriche per incoraggiare la costruzione: Il Dipartimento dell’Energia ha rilasciato i dettagli di un piano per acquistare capacità sulle linee elettriche interstatali proposte, un passo che aiuterebbe gli sviluppatori delle linee a finanziare i progetti. Il programma da 2,5 miliardi di dollari si applicherebbe a progetti che trasportano almeno 1.000 megawatt, o 500 megawatt se si tratta di aggiornamenti alle linee esistenti, come riporta Ethan Howland per Utility Dive. Il programma fa parte dell’iniziativa del dipartimento Building a Better Grid, con finanziamenti autorizzati dalla legge sulle infrastrutture firmata lo scorso anno dal presidente Joe Biden. La costruzione di linee elettriche interstatali è una parte essenziale dello sviluppo dell’energia rinnovabile, poiché le aziende realizzano progetti eolici e solari nelle aree rurali e devono fornire l’elettricità ai centri abitati.

Inside Clean Energy è il bollettino settimanale di notizie e analisi dell’ICN sulla transizione energetica. Invia suggerimenti e domande sulle notizie a dan.gearino@insideclimatenews.org.

Dan Gearino

Reporter sull’energia pulita, Midwest, National Environment Reporting Network

Dan Gearino copre gli Stati Uniti centro-occidentali, parte del National Environment Reporting Network dell’ICN. La sua copertura si occupa del lato commerciale della transizione verso l’energia pulita e scrive la newsletter Inside Clean Energy di ICN. È arrivato all’ICN nel 2018 dopo un incarico di nove anni presso The Columbus Dispatch, dove si è occupato del business dell’energia. Prima di allora, si è occupato di politica e affari in Iowa e nel New Hampshire. È cresciuto nella contea di Warren, Iowa, appena a sud di Des Moines, e vive a Columbus, Ohio.

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