Gli scienziati estraggono "magicamente" i metalli dall'acqua

Di Steven Ashby, Pacific Northwest National Laboratory, 6 maggio 2022

L'ingegnere chimico del PNNL Jian Liu osserva le apparecchiature di laboratorio utilizzate per estrarre elementi delle terre rare da varie fonti d'acqua. Questo sistema di separazione magnetica funziona in tandem con minuscole particelle magnetiche che vengono aggiunte all'acqua, estraendo rapidamente l'elemento per una facile estrazione. Credito: foto di Andrea Starr | Laboratorio nazionale del Pacifico nordoccidentale

Gli alchimisti cercarono di trasformare il piombo in oro secoli fa. Sebbene non abbiano avuto successo, l’idea di estrarre risorse preziose da fonti abbondanti rimane allettante.

Gli scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell'Energia stanno collaborando con l'industria per testare un metodo che utilizza nanoparticelle magnetiche per estrarre minerali importanti come il litio da varie fonti d'acqua.

Il litio è un ingrediente essenziale in molte tecnologie elettroniche ed energetiche, comprese le leggere batterie agli ioni di litio che alimentano qualsiasi cosa, dai telefoni cellulari ai veicoli elettrici.

Credito: video del Pacific Northwest National Laboratory

Si prevede che il mercato globale del litio raggiungerà gli 8,2 miliardi di dollari entro il 2028, ma negli Stati Uniti viene prodotto ben poco.

Non solo la tecnologia in attesa di brevetto di PNNL offre potenzialmente agli Stati Uniti l’opportunità di produrre una maggiore quantità di litio e altri materiali critici, ma offre anche un modo molto più veloce e meno costoso per farlo. Il PNNL sta sviluppando nanoparticelle magnetiche circondate da un guscio adsorbente che si aggancia al litio e ad altri metalli presenti nell'acqua associata a vari processi industriali.

Queste fonti potrebbero includere l’acqua nelle centrali geotermiche, note come salamoie geotermiche, o l’acqua estratta dal sottosuolo durante la produzione di petrolio o gas. Le particelle potrebbero anche essere utilizzate negli effluenti degli impianti di desalinizzazione o addirittura direttamente nell'acqua di mare. Una volta che le minuscole particelle a base di ferro vengono aggiunte all'acqua, il litio viene estratto dall'acqua e si lega ad esse. Quindi, con l'aiuto di un magnete, le nanoparticelle possono essere raccolte in pochi minuti insieme al litio, non più sospese nel liquido e pronte per una facile estrazione. Dopo che il litio è stato estratto, le nanoparticelle ricaricate possono essere riutilizzate.

Questa tecnologia offre un’alternativa promettente ai metodi di estrazione convenzionali che pompano l’acqua sotterranea in grandi e costosi bacini di evaporazione. Questi processi possono richiedere mesi o addirittura anni e avere un impatto sulla gestione delle acque sotterranee nelle regioni aride in cui vengono principalmente utilizzati.

Mentre il processo PNNL funziona immediatamente, i processi odierni sono un po' come aspettare che l'acqua evapori da una caraffa di limonata nella speranza di recuperare la miscela in polvere che si deposita sul fondo. Se questa tecnologia fosse implementata negli impianti geotermici, il valore del litio recuperato potrebbe potenzialmente aumentare il rapporto costo-efficacia di questa forma di energia rinnovabile, che utilizza l’acqua per catturare il calore in profondità sotto la superficie terrestre e quindi convertirlo in elettricità.

PNNL sta sviluppando ulteriormente questa tecnologia in collaborazione con Moselle Technologies, che ne ha concesso la licenza e prevede di sperimentarla in diverse località.

Questo sforzo e le attività successive sono ottimi esempi di come i laboratori nazionali collaborano con entità commerciali per trasformare la ricerca di laboratorio in soluzioni del mondo reale.

Ad esempio, i ricercatori del PNNL stanno conducendo test di lunga durata del sistema di separazione magnetica per un potenziale utilizzo nei processi di estrazione di petrolio e gas, che potrebbero creare un flusso di entrate aggiuntivo per compensare i costi di produzione.

Oltre alla Mosella, stanno collaborando con altri partner commerciali per valutare l’uso della tecnologia per le loro risorse di litio in Nevada e Canada.

Infine, con un occhio a un diverso insieme di applicazioni, i ricercatori del PNNL stanno personalizzando il guscio della nanoparticella per colpire specificamente altri elementi e minerali di valore commerciale e strategicamente importanti utilizzati nelle tecnologie energetiche, nei dispositivi di imaging medico, nell'elettronica e altro ancora.