Las baterías de litio son omnipresentes: alimentan ordenadores portátiles y teléfonos móviles, se utilizan en sistemas de almacenamiento de energía por batería y son la tecnología de baterías más común en vehículos eléctricos (VE). Por lo 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 batería 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 estimadas en unos 22 millones de toneladas métricas y las altas concentraciones solo están disponibles en un puñado de ubicaciones geográficas, particularmente salmueras de alta calidad en varios países de América del Sur y China, y 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 desafíosLa extracción de litio a partir de salmueras implica la evaporación solar y la precipitación química, un proceso que consume mucho tiempo y puede alterar los ecosistemas locales y los suministros de agua. La minería de roca dura también causa impactos medioambientales 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. Existen alrededor de 200 mil 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) tiene como objetivo capturar de manera eficiente los iones de litio de las salmueras, incluidas las salmueras de los campos de petróleo y gas, así como las salmueras geotérmicas y los 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 catalogada por expertos, 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, en solo 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 alto interés comercial en estas tecnologías. Esto tiene sentido dada la creciente 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 medioambiental 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 bibliografía sobre DLE, cada una con sus 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 bibliografía 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-orgánicosy 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 señaladolos investigadores, para alcanzar su máximo Nivel de Madurez Tecnológica (TRL), la adsorción requiere un contenido mínimo de litio >100 mg/L, temperaturas de salmuera elevadas de alrededor de 50℃ y una salinidad suficientemente alta.
- Intercambio iónico: Este proceso implica la intercambio de iones de litio con otros iones que poseen la misma carga dentro de los adsorbentes. Al igual que la adsorción, este proceso tiene una alta capacidad de absorción de litio. Sin embargo, con los materiales de intercalación se utilizan soluciones ácidas, y estos materiales pueden volverse inestables o degradarse debido a los ácidos. Los materiales de intercalación incluyen manganeso y titanio.
- Extracción por disolvente: Este método se basa en la separación de litio basada en la diferencia en el coeficiente de partición del litio entre las fases orgánica y acuosa. La extracción por disolvente es eficaz con salmueras complejas, pero utiliza queroseno o metilisobutilcetona, lo que aumenta los riesgos de incendio. También existen preocupaciones medioambientales en torno al uso de aditivos y disolventes 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 sencillo y respetuoso con el medioambiente, y no requiere un alto consumo energético. Sin embargo, este método requiere un tratamiento previo para salmueras de alta concentración, por lo que no es eficiente para todas las aplicaciones.
- Electroquímico: Este proceso se encuentra todavía 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 permite reutilizar material que de otro modo se desperdiciaría. Los investigadores han destacado su alta selectividad de litio, su corto tiempo de reacción y su bajo consumo energético. Un estudio demostró que los electrodos de óxido de litio y manganeso y de carbón 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 además el panorama de la investigación evaluando los códigos de la Clasificación Internacional de Patentes (IPC) relacionados con DLE. La mayoría de las patentes pertenecen a las secciones de IPC de "Química; Metalurgia" y "Operaciones de realización". Los principales métodos de DLE en este análisis correspondieron a nuestro análisis de conceptos, concretamente la adsorción como método principal, seguido de las tecnologías basadas en membranas (véase la Figura 3).
Desafíos para la extracción de litio del agua de mar
Antes de que el litio pueda extraerse eficientemente del agua de mar a gran escala, estos métodos deben perfeccionarse con las salmueras disponibles y mejorarse hasta el punto de poder extraer grandes cantidades de litio de la fuente de baja concentración que es el agua de mar. Existen obstáculos a este proceso, incluido el coste, ya que estos métodos de extracción son actualmente más caros que un método como la evaporación solar. Además, los precios del litio deben permanecer 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 más métodos deberían ser compatibles con diversos tipos de salmueras para que se pueda acceder a todos los recursos acuosos disponibles. Con este tipo de mejoras, es posible que podamos extender estas tecnologías de DLE al agua de mar y evitar cualquier futura escasez de litio.
Estos son desafíos importantes, pero a medida que las baterías de litio se vuelven aún más comunes en automóviles y dispositivos personales, el impulso para encontrar avances impulsará más investigación y mejores tecnologías.
