As baterias de lítio são onipresentes — elas alimentam laptops e celulares, são usadas em sistemas de armazenamento de energia por bateria e são a tecnologia de bateria mais comum em veículos elétricos (VEs). Portanto, a demanda por lítio continuará a aumentar. No primeiro trimestre de 2025, as vendas de VEs nos EUA aumentaram 11,4%, e a AIE estima que, apenas entre 2022 e 2023, a demanda de baterias por lítio cresceu 30%.
Esse crescimento é encorajador, já que os VEs e o armazenamento de energia por bateria são componentes importantes para a redução das emissões de gases de efeito estufa. No entanto, à medida que a demanda por lítio cresce, os problemas de oferta se tornarão mais agudos. As reservas globais de lítio provenientes de recursos terrestres são estimadas em cerca de 22 milhões de toneladas métricas, e altas concentrações estão disponíveis apenas em um punhado de locais geográficos, particularmente salmouras de alto teor em vários países da América do Sul e na China, e minas de rocha dura na Austrália.
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O fornecimento não só pode se tornar um problema à medida que a demanda aumenta, mas o processo de extração de lítio dessas fontes também apresenta desafios. A extração de lítio de salmouras envolve evaporação solar e precipitação química, um processo que consome muito tempo e pode alterar ecossistemas locais e suprimentos de água. A mineração de rocha dura também causa impactos ambientais e envolve alto uso de produtos químicos e consumo de água.
Para enfrentar esses desafios, pesquisadores estão explorando novas maneiras de extrair lítio com o objetivo de, eventualmente, derivar esse elemento da água do mar. Existem cerca de 200 bilhões de toneladas métricas de lítio nos oceanos — um suprimento quase inesgotável —, mas a concentração é extremamente baixa, de apenas 180 partes por milhão, e ele está cercado por grandes quantidades de outros íons, como o sódio.
Como podemos melhorar a extração para acessar esses suprimentos oceânicos? Ao reaproveitar e refinar a tecnologia usada na dessalinização, podemos melhorar a extração de lítio de salmouras, o que podemos eventualmente estender para a água do mar.
A extração direta de lítio abre novas possibilidades
A extração direta de lítio (DLE) visa capturar eficientemente íons de lítio de salmouras, incluindo salmouras de campos de petróleo e gás, bem como salmouras geotérmicas e lagos salgados. Existem vários métodos para realizar esse processo, a maioria dos quais é adaptada de tecnologias existentes para dessalinização e tratamento de águas residuais. Analisamos a CAS Content CollectionTM, a maior coleção de informações científicas curadas por humanos, para entender melhor como essas tecnologias estão mudando, e descobrimos que as publicações relacionadas à DLE cresceram em um ritmo acelerado nos últimos anos (veja a Figura 1). Os últimos dois anos viram um crescimento vertiginoso e, apenas nos dois primeiros meses de 2025, o número de publicações correspondeu a um terço do total de 2024.
O fato de metade de todas as publicações serem patentes indica um alto interesse comercial nessas tecnologias. Isso faz sentido, dado o crescimento na demanda por baterias movidas a lítio. A DLE também tem inúmeras vantagens sobre os métodos de extração atuais — menos consumo de água e produtos químicos, impacto ambiental mínimo, altas taxas de recuperação, extração mais rápida e custos potencialmente menores.
No entanto, cada salmoura contém diferentes níveis de lítio, outros elementos e íons, e sólidos dissolvidos totais, o que significa que um método não é eficaz em todas as situações. Múltiplas tecnologias estão sendo investigadas na crescente literatura sobre DLE, cada uma com vantagens e desvantagens únicas.
Tipos de extração direta de lítio
Existem cinco tipos de DLE para uso com salmouras e, potencialmente, água do mar:
- Adsorção: A adsorção com materiais à base de alumínio é atualmente a única tecnologia de DLE comercializada. Quando analisamos as publicações na CAS Content Collection em busca de conceitos na literatura relacionada à DLE, "adsorção" e "adsorventes" estavam entre os conceitos mais relatados (veja a Figura 2). Isso demonstra o quanto esse método é estudado. O processo funciona com adsorventes que se ligam seletivamente ao lítio e, em seguida, usam uma solução diferente para dessorvê-lo. Carbono, zeólitas, estruturas metal-orgânicas e hidróxidos duplos lamelares são exemplos de materiais usados nesse processo. As vantagens da adsorção são seu potencial para alta absorção de lítio e baixo consumo de energia. No entanto, como os pesquisadores observaram, para atingir seu nível mais alto de Prontidão Tecnológica (TRL), a adsorção requer um teor mínimo de lítio >100 mg/L, altas temperaturas de salmoura em torno de 50℃ e salinidade suficientemente alta.
- Troca iônica: Este processo envolve a troca de íons de lítio por diferentes íons com a mesma carga dentro de adsorventes. Semelhante à adsorção, este processo tem uma alta capacidade de absorção de lítio. No entanto, soluções ácidas são usadas com materiais de intercalação, e esses materiais podem se tornar instáveis ou degradados devido aos ácidos. Os materiais de intercalação incluem manganês e titânio.
- Extração por solvente: Este método baseia-se na separação do lítio com base na diferença no coeficiente de partição do lítio entre fases orgânicas e aquosas. A extração por solvente é eficaz com salmouras complexas, mas usa querosene ou metil isobutil cetona, o que aumenta os riscos de incêndio. Também há preocupações ambientais em torno do uso de aditivos e solventes com essa tecnologia.
- Membranas: Membranas semipermeáveis podem ser usadas para filtrar seletivamente íons de lítio e outros sais em uma salmoura. Essas membranas podem ser de poliamida, materiais à base de NASICON ou membranas de osmose reversa. O processo é relativamente simples e ecologicamente correto, e não requer alto consumo de energia. No entanto, este método requer pré-tratamento para salmouras de alta concentração, por isso não é eficiente para todas as aplicações.
- Eletroquímica: Este processo ainda está na fase de pesquisa aplicada, mas é promissor. Ele envolve o uso de materiais de intercalação de lítio como eletrodos para extração, e pode ser aplicado ao lixiviado de baterias de íon-lítio, o que reaproveita material que, de outra forma, seria desperdiçado. Pesquisadores notaram sua alta seletividade de lítio, curto tempo de reação e baixo consumo de energia. Um estudo mostrou que eletrodos de óxido de lítio e manganês e carvão ativado eram reutilizáveis sem degradação. Óxido de lítio, níquel e manganês (LNMO) e fosfato de ferro-lítio (LFP) também são potenciais materiais de eletrodo. Este processo ainda precisa de refinamento antes de estar pronto para comercialização, mas um estudo liderado por Stanford usou-o na água do mar em Half Moon Bay, na Califórnia, e obteve resultados positivos.
Analisamos ainda o cenário de pesquisa avaliando os códigos da Classificação Internacional de Patentes (IPC) relacionados à DLE. A maioria das patentes pertence às seções de IPC de “Química; Metalurgia” e “Operações de Processamento”. Os principais métodos de DLE nesta análise corresponderam à nossa análise de conceitos, nomeadamente a adsorção como o método líder, seguida por tecnologias baseadas em membranas (ver Figura 3).
Desafios para a extração de lítio da água do mar
Antes que o lítio possa ser extraído da água do mar de forma eficiente em larga escala, esses métodos precisam ser refinados com salmouras disponíveis e aprimorados para extrair grandes quantidades de lítio da baixa concentração da água do mar. Existem obstáculos nesse processo, incluindo o custo, já que esses métodos de extração são atualmente mais caros do que a evaporação solar. Além disso, os preços do lítio devem permanecer estáveis para que essas tecnologias sejam economicamente viáveis.
A escalabilidade é outro desafio — esses métodos de extração não apenas devem ser aplicáveis em larga escala, mas, idealmente, um ou mais métodos devem ser utilizáveis com vários tipos de salmouras para acessar todos os recursos aquosos disponíveis. Com esses aprimoramentos, é possível estender essas tecnologias de DLE à água do mar e evitar futuras escassezes de lítio.
Esses são desafios significativos, mas à medida que as baterias de lítio se tornam ainda mais comuns em carros e dispositivos pessoais, o impulso por avanços impulsionará mais pesquisas e tecnologias melhores.
