De onde vem a parte mais importante da bateria do seu celular?

O lítio é um grande negócio. Ele alimenta tudo, nossos gadgets, nossos carros – praticamente todo o mundo moderno. E isso não vai mudar tão cedo; alguns analistas estimam que a demanda por lítio deve aumentar em 25% nos próximos anos. Mas como aproveitar o poder deste metal que explode a cada vez que se molha? Como ele é tirado do chão?

O que é Lítio?

Lítio (vem de lithos, a palavra grega para “pedra”) é o terceiro elemento da tabela periódica, um metal alcalino branco-prateado que é macio o suficiente para ser cortado com uma faca. Ele também é o metal mais leve da Terra, assim como o elemento sólido menos denso. Ele tem a densidade equivalente a uma tábua de madeira de pinho, e metade em comparação à da água. Ele flutua no óleo (e na água também, mas isso não dá muito certo, já que ele explode na água), e já que reage à umidade do ar, o lítio puro é armazenado em condições anaeróbicas e coberto com óleo mineral, vaselina ou algum outro líquido não-reativo.

Você não pode cavar um buraco e colocar o lítio lá dentro. Não, ele é corrosivo e reativo demais para isso; na verdade, o lítio nunca ocorre livremente na natureza. Ele sempre é encontrado em compostos, frequentemente em minerais pegmatíticos, ou na água do mar, salmoura e argila. O problema é, mesmo que o lítio seja relativamente abundante – ele é o 33º elemento mais comum – ele é muito difuso na natureza, o que significa que coletá-lo e concentrá-lo em uma forma viável comercialmente é bem difícil.

Como ele foi descoberto?

Johan August Arfwedson isolou o lítio da petalita, uma substância cristalina, em 1817. Nas décadas seguintes, diversos pesquisadores estudaram as condições físicas básicas do metal. Em 1855, os químicos Robert Bunsen e Augustun Matthiessen descobriram uma forma de precipitar grandes quantidades de lítio do cloreto de lítio através de eletrólise, o que levou a uma produção em pequena escala a partir de 1916 e a uma escala comercial de produção de lítio em 1923.

Lítio foi usado na Segunda Guerra Mundial como uma graxa de alta temperatura para motores de aeronaves, graças ao seu alto ponto de fusão e ao fato de ser significativamente menos corrosivo que as pastilhas de cálcio usadas anteriormente. Ele também teve papel importante na Guerra Fria. Os íons lítio-6 e lítio-7 foram usados para criar o trítio, um composto usado para aumentar a eficiência e rendimento das bombas de hidrogênio, bem como um combustível sólido de fusão.

Entre o fim dos anos 1950 e o meio dos anos 1980, os EUA foram o principal produtor global de lítio. Durante quase um quarto de século, os EUA acumulou um estoque de 42 mil toneladas de hidróxido de lítio a partir de locais de produção nos estados de Nevada e Carolina do Norte. Os Estados Unidos foram responsáveis por suprir 80% da demanda global por lítio em 1976, e continuaram o domínio até 1984, quando um dos maiores depósitos do planeta foi descoberto no Chile (e novamente em 1997, quando a mineração começou em outro grande depósito na Argentina).

Então, o que fazemos quando encontramos o lítio?

Os Estados Unidos têm apenas uma parte dos enormes depósitos de lítio no Chile e na Argentina. Eles são os dois principais produtores, exatamente nessa ordem, sendo responsáveis por 60% do lítio produzido anualmente no mundo. A Austrália e a China, juntas, têm mais 30%. Os 10% restantes são divididos em produtores menores como Estados Unidos e Rússia. Estimativas do US Geological Survey dizem que a reserva mundial de lítio é de 13 milhões de toneladas. Metade desse suprimento acredita-se estar na Bolívia, e na parte oeste dos Andes. No geral, a USGS estima que exista 5.4 milhões de toneladas de Lítio nas montanhas bolivianas.

Historicamente, o lítio foi ou extraído de salmouras ou minerado de rochas duras. A mineração de lítio em rochas duras é como qualquer outra operação tradicional de mineração: cave um grande buraco, jogue as pedras, e envie para processamento. O problema de aplicar isso ao lítio é que extrair a substância de rochas sólidas exige tempo, energia e custo alto. Como o lítio é tão difuso, você precisa de muita pedra para conseguir um pouco do que quer.

Uma forma mais eficiente economicamente é usar métodos de extração à base de solução salina. Tanto Chile quanto Argentina (e também China, Rússia, e os EUA, em partes) usam esse método. A salmoura em si é, como o Western Lithium explica:

As salmouras, de origem vulcânica, estão presentes em áreas desertas e ocorrem em locais onde o lítio foi concentrado por evaporação solar. Nas bacias salinas (desertos salinos, por vezes conhecidos como lagos de sal ou salinas), a solução está contida em ou abaixo da superfície, e é bombardeada para dentro de grandes tanques de evaporação solar para a concentração antes do processamento. Quando as superfícies da bacia são predominantemente compostas por siltes e argilas com alguma incrustação de sal, elas são chamadas de playas. Se a superfície é predominantemente sal, são chamadas de salar. Embora o caráter fundamental dos depósitos seja semelhante, há uma grande variedade de tamanho, de caráter superficial, estratigrafia, estrutura química, infraestrutura e taxas de evaporação solar.

A maior dessas piscinas de salmoura está na maior planície salina do mundo, Salar de Uyuni, na Bolívia.

A empresa Foote Mineral costumava operar uma dessas piscinas de salmoura em Silver Peak, Nevada, e dá uma explicação mais profunda de como o lítio é extraído:

A Foote Mineral Company está recuperando lítio de salmouras evaporadas em Silver Peak. As salmouras são bombardeadas a partir de baixo de uma playa dentro de uma bacia fechada. Os depósitos playa consistem em misturas de argila, siltes, areias e evaporito, muitos dos quais são saturados com salmoura salina até profundidades que chegam a 180 metros. Mas as salmouras provavelmente está presentes abaixo dessa profundidade, e estudos de gravidade indicam que sedimentos não consolidados atingem profundidades de 450 metros. A gênese do depósito de Silver Peak aparentemente está relacionada com a atividade vulcânica e a área é caracterizada por nascentes de água quente, cones de concreto e depósitos de lava. A salmoura bombeada das fontes contêm 300 ppm (partes por milhão) de lítio e 10-15% de outros sólidos dissolvidos. A superfície da playa é adequada para evaporação solar. As salmouras são bombeadas em uma série de tanques de evaporação solar e após atingirem a saturação, uma série de sais são precipitados. A sequência desses sais precipitados é NaCL, uma mistura de NaC1 com glaserite (KNa(So4)2), e então esses dois mais Ka. Como consequência da evaporação, a concentração de lítio é aumentada para cerca de 5000 ppm. A temporada de evaporação em Silver Peak começa em abril e tradicionalmente continua até outubro. É necessário acumular salmoura o suficiente até outubro para operar a fábrica de processamento durante os meses de inverno. O lítio é recuperado da salmoura ao precipitar carboneto de lítio.

Apenas quatro empresas – Talison Lithium, Rockwood Holdings, Sociedad Quimica y Minera de Chile, e FMC – representam quase 95% da produção mundial de lítio e todas usam o método padronizado da indústria de precipitar lítio puro a partir de cloreto de lítio fundido (LiCL) usando eletrólise. Este processo evidentemente é feito em um ambiente isento de água e ar para evitar uma reação.

De onde vêm as baterias?

No vídeo acima, a Leyden Energy mostra por dentro de uma fábrica de baterias íon-lítio e os bastidores da sua unidade de produção.

A série How It’s Made do Science Channel nos dá uma explicação geral da produção de bateria no vídeo acima.

Atingindo a demanda

Existem cerca de 900 milhões de veículos nas ruas ao redor do mundo, e não há reservas de lítio o suficiente para substituir muitos deles por alternativas movidas a bateria. “Como uma bateria de veículo exige 100 vezes mais carbonato de lítio do que uma bateria de laptop, a revolução dos carros verdes pode tornar o lítio uma das commodities mais estratégicas do planeta”, diz Mary Ann Wright, da Johson Controls-Daft, uma produtora de baterias de lítio.

“Para fazer apenas 60 milhões de veículos híbridos por ano contendo uma pequena bateria de íon-lítio, precisaríamos de 420.000 toneladas de carbonato de lítio anualmente – ou seis vezes a produção global atual”, Willian Tahil, diretor de pesquisa da Meridian International Research, explica. “Mas você quer baterias de tamanho decente, então é mais provável que você teria que aumentar a produção global em dez vezes. E isto exclui a demanda por lítio em aparelhos eletrônicos portáteis.”

Para evitar esse desabastecimento, diversas fontes alternativas ao lítio são exploradas. Um sistema promissor é fazer a salmoura ser puxada para a superfície a partir de bombas geotérmicas. Um grupo de sete usinas geotérmicas no Salton Sea conseguem puxar cerca de 16.000 toneladas de lítio (e uma grande quantidade de zinco) anualmente. É uma questão de filtrar os minerais dissolvidos da água.

[Wikipedia – NBC News – Daily Mail – Rodinal Lithium – Salt Institute – BC Institute of Technology – About – Resilience – Western Lithium – Imagem da mineração de rocha sólida: Kamzara / Shutterstock, Imagem da pilha de sal: Vladimir Melnik / Shutterstock, todas as outras: AP Images]