Las baterías de litio son omnipresentes: alimentan ordenadores portátiles y teléfonos móviles, se utilizan en sistemas de almacenamiento de energía por baterías y son la tecnología de baterías más común en los vehículos eléctricos (VE). Por tanto, la demanda de litio seguirá aumentando. En el primer trimestre de 2025, las ventas de VE en EE. UU. aumentaron un 11,4%, y la AIE estima que, solo entre 2022 y 2023, la demanda de litio para baterías creció un 30%.
Este crecimiento es alentador, ya que los VE y el almacenamiento de energía por baterías son componentes importantes para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, a medida que aumenta la demanda de litio, los problemas de suministro se volverán más agudos. Se estima que las reservas mundiales de litio procedentes de recursos terrestres son de unos 22 millones de toneladas métricas, y que solo existen altas concentraciones en un puñado de ubicaciones geográficas, particularmente en salmueras de alta calidad en varios países de América del Sur y China, y en minas de roca dura en Australia.
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El suministro no solo podría convertirse en un problema a medida que aumenta la demanda, sino que el proceso de extracción de litio de estas fuentes también presenta desafíos. La extracción de litio a partir de salmueras implica evaporación solar y precipitación química, un proceso que requiere mucho tiempo y puede alterar los ecosistemas locales y los suministros de agua. La minería de roca dura también causa impactos ambientales e implica un alto uso de productos químicos y consumo de agua.
Para afrontar estos desafíos, los investigadores están explorando nuevas formas de extraer litio con el objetivo de obtener finalmente este elemento del agua de mar. Hay cerca de 200.000 millones de toneladas métricas de litio en los océanos —un suministro casi inagotable—, pero la concentración es extremadamente baja, de solo 180 partes por millón, y está rodeado de grandes cantidades de otros iones como el sodio.
¿Cómo podemos mejorar la extracción para acceder a estos suministros oceánicos? Al reutilizar y perfeccionar la tecnología utilizada en la desalinización, podemos mejorar la extracción de litio de las salmueras, lo que eventualmente podremos extender al agua de mar.
La extracción directa de litio abre nuevas posibilidades
La extracción directa de litio (DLE, por sus siglas en inglés) tiene como objetivo capturar de manera eficiente los iones de litio de las salmueras, incluidas las de campos de petróleo y gas, así como de salmueras geotérmicas y lagos salados. Existen varios métodos para llevar a cabo este proceso, la mayoría de los cuales están adaptados de tecnologías existentes para la desalinización y el tratamiento de aguas residuales. Analizamos la CAS Content CollectionTM, la mayor colección de información científica curada por humanos, para comprender mejor cómo están cambiando estas tecnologías, y descubrimos que las publicaciones relacionadas con la DLE han crecido a un ritmo rápido en los últimos años (véase la Figura 1). Los dos últimos años experimentaron un crecimiento precipitado y, solo en los dos primeros meses de 2025, el número de publicaciones igualó un tercio del total de 2024.
El hecho de que la mitad de todas las publicaciones sean patentes indica un gran interés comercial en estas tecnologías. Esto tiene sentido dado el crecimiento de la demanda de baterías alimentadas por litio. La DLE también tiene numerosas ventajas sobre los métodos de extracción actuales: menor consumo de agua y productos químicos, impacto ambiental mínimo, altas tasas de recuperación, extracción más rápida y costes potencialmente más bajos.
Sin embargo, cada salmuera contiene diferentes niveles de litio, otros elementos e iones, y sólidos disueltos totales, lo que significa que un método no es efectivo en todas las situaciones. Se están investigando múltiples tecnologías en la creciente literatura sobre la DLE, cada una con ventajas y desventajas únicas.
Tipos de extracción directa de litio
Existen cinco tipos de DLE para su uso con salmueras y, potencialmente, agua de mar:
- Adsorción: La adsorción con materiales a base de aluminio es actualmente la única tecnología de DLE comercializada. Cuando analizamos las publicaciones en la CAS Content Collection en busca de conceptos en la literatura relacionada con la DLE, "adsorción" y "adsorbentes" se encontraban entre los conceptos más reportados (véase la Figura 2). Esto demuestra lo ampliamente estudiado que está este método. El proceso funciona mediante adsorbentes que se unen selectivamente al litio, para luego utilizar una solución diferente para desorberlo. El carbono, las zeolitas, los marcos metal-orgánicos y los hidróxidos dobles laminares son ejemplos de materiales utilizados en este proceso. Las ventajas de la adsorción son su potencial para una alta captación de litio y un bajo consumo de energía. Sin embargo, como han señalado los investigadores, para alcanzar su máximo Nivel de Madurez Tecnológica (TRL), la adsorción requiere un contenido mínimo de litio >100 mg/L, altas temperaturas de salmuera de alrededor de 50 °C y una salinidad suficientemente alta.
- Intercambio iónico: Este proceso implica el intercambio de iones de litio con otros iones que portan la misma carga dentro de los adsorbentes. Al igual que la adsorción, este proceso tiene una alta capacidad de captación de litio. Sin embargo, se utilizan soluciones ácidas con materiales de intercalación, y estos materiales pueden volverse inestables o degradarse debido a los ácidos. Los materiales de intercalación incluyen manganeso y titanio.
- Extracción por solventes: Este método se basa en la separación del litio en función de la diferencia en el coeficiente de partición del litio entre las fases orgánica y acuosa. La extracción por solventes es efectiva con salmueras complejas, pero utiliza queroseno o metilisobutilcetona, lo que aumenta los riesgos de incendio. También existen preocupaciones ambientales en torno al uso de aditivos y solventes con esta tecnología.
- Membranas: Se pueden utilizar membranas semipermeables para filtrar selectivamente los iones de litio y otras sales en una salmuera. Estas membranas pueden ser de poliamida, materiales basados en NASICON o membranas de ósmosis inversa. El proceso es relativamente simple y respetuoso con el medio ambiente, y no requiere un alto consumo de energía. Sin embargo, este método requiere un pretratamiento para salmueras de alta concentración, por lo que no es eficiente para todas las aplicaciones.
- Electroquímica: Este proceso todavía se encuentra en la fase de investigación aplicada, pero es prometedor. Implica el uso de materiales de intercalación de litio como electrodos para la extracción, y puede aplicarse a lixiviados de baterías de iones de litio, lo que reutiliza material que de otro modo se desperdiciaría. Los investigadores han señalado su alta selectividad de litio, tiempo de reacción corto y bajo consumo de energía. Un estudio demostró que los electrodos de óxido de litio y manganeso y de carbono activado eran reutilizables sin degradación. El óxido de litio, níquel y manganeso (LNMO) y el fosfato de hierro y litio (LFP) también son materiales potenciales para electrodos. Este proceso aún necesita perfeccionarse antes de estar listo para su comercialización, pero un estudio dirigido por Stanford lo utilizó en agua de mar en Half Moon Bay, California, y obtuvo resultados positivos.
Analizamos el panorama de la investigación evaluando los códigos de la Clasificación Internacional de Patentes (IPC) relacionados con la DLE. La mayoría de las patentes pertenecen a las secciones de «Química; Metalurgia» y «Operaciones diversas». Los principales métodos de DLE en este análisis coinciden con nuestro análisis de conceptos: la adsorción es el método líder, seguido de las tecnologías basadas en membranas (véase la Figura 3).
Desafíos para la extracción de litio del agua de mar
Para extraer litio del agua de mar a gran escala de forma eficiente, estos métodos deben perfeccionarse con las salmueras disponibles y mejorarse hasta lograr extraer grandes cantidades de litio de una fuente de baja concentración como el agua de mar. Este proceso presenta obstáculos, entre ellos el coste, ya que estos métodos de extracción son actualmente más caros que otros como la evaporación solar. Además, los precios del litio deben mantenerse estables para que estas tecnologías sean económicamente viables.
La escalabilidad es otro desafío: estos métodos de extracción no solo deben poder utilizarse a gran escala, sino que, idealmente, uno o varios de ellos deberían ser compatibles con diversos tipos de salmueras para aprovechar todos los recursos acuosos disponibles. Con estas mejoras, es posible que podamos extender estas tecnologías de DLE al agua de mar y evitar futuras escaseces de litio.
Se trata de desafíos importantes, pero a medida que las baterías de litio se vuelven más comunes en vehículos y dispositivos personales, el impulso para lograr avances fomentará una mayor investigación y mejores tecnologías.
