Quante volte abbiamo sentito parlare di auto a trazione elettrica, sviluppo di droni-taxi, hub neurali e altre fantasticherie alla Blade Runner o alla Cyberpunk? Ormai la stampa si è sbizzarrita su tali argomenti… ma vi pongo un piccolo quesito: dove li troviamo tutti questi minerali per questo passo avanti social, economico e (forse) evolutivo?
Beh, la questione è molto semplice: dal nostro pianeta, ovvio!
Buona parte dello sviluppo tecnologico ha bisogno di grandi quantità di materie prime, specialmente geologiche (minerali, rocce, metalli in primis) che già oggigiorno ci servono! Pensate solo a quanti smartphone vengono prodotti ogni anno o quante batterie per altri device tecnologici sono impiegate.
Con questo articolo vediamo di spulciare un po’ tale argomento e vedremo le possibili alternative alla “dipendenza” da litio!
Non stiamo toccando un po’ il fondo del barile?
Bisogna innanzitutto sapere che le risorse geologiche presenti sul nostro pianeta hanno avuto bisogno di milioni di anni per formarsi: tra processi orogenetici, ovvero quei movimenti che portano alla formazione delle montagne, eventi cataclismatici oppure il semplice decorso del tempo, ci hanno permesso di accumulare le risorse nel sottosuolo.
Quindi è stato un processo lento, costante ma inesorabile. E anche un po’ scontato: mica la Terra poteva rimanere quella di milioni di anni fa! Anche lei si è evoluta, in senso lato.
Ma torniamo all’argomento principale, ovvero: quanta disponibilità di elementi è presente al momento sul nostro pianeta?
Per dire ciò dobbiamo fare un passo indietro di 13.8 miliardi di anni fa, quando è avvenuto il Big Bang. In tale evento è avvenuto quel processo conosciuto come nucleosintesi stellare, ovvero la formazione degli elementi chimici della tavola periodica partendo da un’accozzaglia di protoni, neutroni ed elettroni. Questo è successo nel passato, ma accade ancora oggi all’interno delle stelle in giro per le galassie.
Ora, l’elemento più abbondante nell’universoè l’idrogeno: semplice, non disturba nessuno, fa il suo dovere e fornisce il primo “carburante per le stelle”. Poi si crea l’elio, poi il carbonio, l’ossigeno e via discorrendo… fino al ferro.
Una volta che la nucleosintesi arriva al ferro, la stella inizia l’inesorabile processo di morte della stessa, che come ultimo stadio porta al suo collasso ed alla creazione di una supernova. Da qui tutto il ferro contenuto nella stella viene letteralmente “sparato” in giro per lo spazio, fino a quando una manciata di granelli di polvere ed un pizzico di forza di gravità non formano un proto-pianeta, come è successo per la Terra. Successivamente, la storia termica e geologica del pianeta ha portato alla formazione di tutto il resto della tavola periodica.
Tornando al nostro argomento principale, ovvero le batterie: sappiamo che al momento la maggiore tecnologia di produzione è quella agli ioni di litio.
Il litio che si trova nel nostro sistema solare e nell’universo, essendo il terzo elemento che si è prodotto durante il Big Bang, è decisamente abbondante. Anche se la quantità precisa rimane un mistero…
Veniamo invece a quello presente sulla Terra: e qui casca l’asino, cioè noi! Il litio è il 25° elemento più abbondante sulla Terra. Venticinquesimo!
Se la Terra fosse una torta, il litio sarebbe una fettina minuscola!
La concentrazione nella crosta terreste è stimata in 20 milligrammi al chilo, mentre nell’acqua di mare la concentrazione è di circa 0,14-0,25 ppm (parti per milione), che si traduce in una stima di circa 250 miliardi di tonnellate di litio. E considerate che la Terra pesa 5,97×1024 chili. E voi direte “Miiiiiii, ragazzi! Siamo a posto per i prossimi millenni!” E no! Perché rispetto all’universo siamo meno di una caccola, e ce lo dimostra il grafico qui a fianco.
Siccome la vera quantità di litio presente nell’universo è ignota, possiamo soltanto ipotizzarla (come ha riportato Croswell nel 1996).
Se immaginiamo di avere un totale di 100%, l’idrogeno sarebbe presente nell’universo per una percentuale pari a 70.57%.
Bene, ora prendiamo un altro elemento di riferimento: il ferro. Nell’universo è presente per il 0.11%. Quindi pochino, no? Ma sulla Terra domina: è l’elemento più abbondante, con un 32.1% del totale della massa della terra, che si traduce in circa 3.8 x1023 chili.
Prendiamo questo numero e confrontiamolo con il litio presente sulla Terra:
3.8 x1023 kg di Ferro > 2.5 x1010 kg circa di Litio
Capite bene che quindi se giù sulla Terra il litio è una frazione misera rispetto ad un elemento “pesante” come il ferro, figuriamoci nell’universo! Sarebbe come confrontare un microbo con un essere umano!
Questa carenza di litio è dovuta ad una caratteristica che gioca un ruolo fondamentale: la sua temperatura di fusione. Le stelle, per la loro temperatura interna, lo bruciano in pochissimi istanti, quindi è logico che non se ne trova molto. O la stella muore quando sta producendo il litio, e quindi lo “spara” poi in giro per il cosmo, oppure di litio ne troviamo poco.
Inoltre questo elemento ha un ulteriore difetto sulla Terra: difficilmente lo troviamo “puro” in forma metallica, ma sempre sotto forma di minerali di litio, quindi legato chimicamente a doppia mandata con altri elementi.
Tutto questo per dire: siamo poveri di litio! Eppure continuiamo a sfruttarlo per le nostre batterie.
Ma ci sono delle alternative, per non rimanere con le chiappe per terra qualora finisse il litio sulla terra? Certo che sì!
Andiam, andiam, andiamo ad estrar minerali!
Il litio, allo stato attuale, serve un sacco. Quindi la questione è questa: dove lo recuperiamo?
Esistono due metodi principali: miniere, molto spesso a cielo aperto, e depositi di brines.
Le prime sono molto semplici da spiegare: fai un buco, tiri fuori i minerali che servono e fine della storia… per farla molto, molto semplice.
In realtà la difficoltà maggiore si incontra nel separare il litio dalla kunzite, il minerale da cui viene estratto, perché questo minerale è un allumo silicato di litio, quindi con formula chimica:
Spodumene (varietà kunzite) = LiAlSi2O6
Capite bene che per eliminare tutto quel silicio, alluminio e ossigeno la questione è un pochino complicata, costosa e soprattutto impattante sull’ambiente, dato il largo uso di prodotti chimici molto aggressivi. Inoltre, l’impatto visivo di queste miniere non è per nulla trascurabile.
Quando si progetta una miniera, oltre che la necessità di estrarre il materiale, si deve considerare il suo successivo impatto, sia sulla salute che soprattutto per la vista. Infatti non sarebbe bello vedere i resti (magari abbandonati) di una vecchia miniera sparsi sotto casa, giusto?!? Ed inoltre: provate voi a tappare un grosso buco nel terreno avendo poco materiale con cui riempirlo!
Insomma, le miniere a cielo aperto sono un bel grattacapo.
Una delle possibili soluzioni per un processo più “ecologico” sarebbe quelle di estrarre i minerali di litio dall’acqua di mare. Ricordate che abbiamo parlato delle circa 250 miliardi di tonnellate di litio presenti nell’acqua di mare?
Beh, perché non sfruttarle?
E qui entrano in gioco le salamoie, chiamate anche brines in inglese o salar in spagnolo. E badate bene: non ho detto saline. Già, perché l’acqua di mare avrebbe un sacco di litio, ma la concentrazione è eterogenea sul pianeta e comunque sarebbe piuttosto bassa. Quindi per far sì che il processo sia economicamente vantaggioso, bisogna “arricchire” l’acqua di mare. E possiamo far fare il tutto alla natura: infatti nei campi di estrazione non si evapora acqua di mare, ma acqua del sottosuolo!
Quest’acqua, fortemente salata, è arricchita di litio grazie alla presenza di un particolare in questione sono evaporiti, ovvero quelle che si sono formate da forti evaporazioni, in cui poi si sono accumulati molti minerali comuni nelle nostre case, come l’halite (sale da cucina), il gesso e il borace (minerale principale di boro).
Quindi quelle rocce sono già un primo arricchimento di litio che ha fatto madre natura, e che noi non faremo altro che portare alla luce dal sottosuolo, attraverso prima un processo di estrazione tramite trivelle e conseguente separazione del carbonato di litio, dal resto dei mille altri minerali presenti in queste rocce.
Tuttavia se ci pensate bene, anche le salamoie hanno un impatto ambientale non indifferente: già che dovete espropriare dei terreni, li allagate, li rendete terribilmente salati. Beh, questo non giova al recupero una volta finita l’attività della miniera!
Tutto questo discorso, seppur più catastrofico di quello che è in realtà, è però un buon punto di partenza per comprendere i grossi problemi che ci pone l’estrazione del litio: disomogeneità della fonte, difficoltà di estrazione e/o separazione dell’elemento dai minerali, recupero ambientale del sito in cui sorgeva la miniera/vasche di evaporazione. Abbiamo delle alternative? Al prossimo articolo, per studiare le ulteriori soluzioni disponibili rispetto al litio!
Abbiamo stimolato la tua curiosità? Puoi saperne di più consultando le nostre fonti:
- https://iopscience.iop.org/article/10.1086/375492
- https://web.archive.org/web/20090502142924/http://www.ioes.saga-u.ac.jp/ioes-study/li/lithium/occurence.html
- https://www.nature.com/articles/nature05011
- https://www.usgs.gov/media/before-after/lithium-mining-salar-de-atacama-chile
- https://samcotech.com/what-is-lithium-extraction-and-how-does-it-work/
- https://www.piedmontlithium.com/why-lithium/lithium-101/where-lithium-comes-from-does-make-a-difference-brine-vs-hard-rock/
- https://www.mindat.org/
- Croswell K. (1996) – Alchemy of the Heavens, Anchor, 340 pp.
- Lodders K. (2003) – Solar System Abundances and Condensation Temperatures of the Elements, The Astrophysical Journal, 591, 2, 1220-1247.
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