Cientistas “magicamente” extraem metais da água

Por Steven Ashby, Pacific Northwest National Laboratory, 6 de maio de 2022

O engenheiro químico do PNNL, Jian Liu, observa equipamentos de laboratório usados ​​para extrair elementos de terras raras de várias fontes de água. Este sistema de loop de separação magnética funciona em conjunto com pequenas partículas magnéticas que são adicionadas à água, extraindo rapidamente o elemento para facilitar a extração. Crédito: Foto de Andrea Starr | Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico

Os alquimistas tentaram transformar chumbo em ouro séculos atrás. Embora não tenham sido bem-sucedidos, a noção de extrair recursos preciosos de fontes abundantes continua atraente.

Cientistas do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste (PNNL) do Departamento de Energia estão colaborando com a indústria para testar um método que emprega nanopartículas magnéticas para extrair minerais importantes como o lítio de várias fontes de água.

O lítio é um ingrediente essencial em muitas tecnologias eletrônicas e de energia, incluindo as baterias leves de íon-lítio que alimentam tudo, desde telefones celulares até veículos elétricos.

Crédito: Vídeo do Pacific Northwest National Laboratory

O mercado global de lítio está projetado para atingir US$ 8,2 bilhões até 2028, mas muito pouco é produzido nos Estados Unidos.

A tecnologia de patente pendente do PNNL não apenas oferece aos EUA a oportunidade de produzir mais de seu próprio lítio e outros materiais críticos, mas também oferece uma maneira muito mais rápida e barata de fazê-lo. O PNNL está desenvolvendo nanopartículas magnéticas que são envolvidas por um invólucro adsorvente que se prende ao lítio e outros metais encontrados na água associados a vários processos industriais.

Essas fontes podem incluir a água em usinas geotérmicas, conhecidas como salmouras geotérmicas, ou água extraída do subsolo durante a produção de petróleo ou gás. As partículas também poderiam ser utilizadas em efluentes de usinas de dessalinização, ou mesmo diretamente da água do mar. Uma vez que as minúsculas partículas à base de ferro são adicionadas à água, o lítio é retirado da água e se liga a elas. Então, com a ajuda de um ímã, as nanopartículas podem ser coletadas em apenas alguns minutos com o lítio pegando carona, não mais suspensas no líquido e prontas para fácil extração. Depois que o lítio é extraído, as nanopartículas recarregadas podem ser usadas novamente.

Essa tecnologia oferece uma alternativa promissora aos métodos convencionais de extração que bombeiam água subterrânea para grandes e caras lagoas de evaporação. Esses processos podem levar meses ou até anos e impactar o gerenciamento de águas subterrâneas nas regiões áridas onde são implantados principalmente.

Embora o processo PNNL comece a funcionar imediatamente, os processos de hoje são um pouco como esperar que a água evapore de uma jarra de limonada na esperança de recuperar a mistura em pó que se deposita no fundo. Se essa tecnologia fosse implantada em usinas geotérmicas, o valor do lítio recuperado poderia potencialmente aumentar o custo-benefício dessa forma de energia renovável, que usa água para capturar o calor nas profundezas da superfície da Terra e depois o converte em eletricidade.

O PNNL está desenvolvendo ainda mais essa tecnologia em parceria com a Moselle Technologies, que a licenciou e planeja testá-la em vários locais.

Esse esforço e as atividades subsequentes são ótimos exemplos de como os laboratórios nacionais colaboram com entidades comerciais para fazer a transição da pesquisa de laboratório para soluções do mundo real.

Por exemplo, pesquisadores do PNNL estão realizando testes de longa duração do sistema separador magnético para uso potencial com processos de extração de petróleo e gás, o que poderia criar um fluxo de receita adicional para compensar os custos de produção.

Além de Moselle, eles estão se unindo a outros parceiros comerciais para avaliar o uso da tecnologia para seus recursos de lítio em Nevada e no Canadá.

Por fim, de olho em um conjunto diferente de aplicações, os pesquisadores do PNNL estão personalizando o invólucro da nanopartícula para atingir especificamente outros elementos e minerais comercialmente valiosos e estrategicamente importantes usados ​​em tecnologias de energia, dispositivos de imagem médica, eletrônicos e muito mais.