La demanda mundial de litio se ha disparado a medida que crece la necesidad de baterías para alimentar vehículos eléctricos y almacenar energía generada por turbinas eólicas y paneles solares.

Las estimaciones del USGS muestran que es probable que haya suficiente litio en la corteza terrestre para satisfacer varias veces la demanda, pero acceder a él puede requerir grandes cantidades de energía, agua e infraestructura.

El desafío es obtener litio de manera rápida, eficiente y con un impacto ambiental mínimo. Es por eso que los científicos del USGS lo están buscando en un lugar sorprendente.

¿DE BASURA A TESORO?
Cada año, miles de millones de galones de agua salada se bombean desde las profundidades del subsuelo hasta la superficie durante la producción de petróleo y gas. Estas salmueras, conocidas como “aguas producidas”, pueden ser diez veces más saladas que el agua de mar y pueden estar contaminadas con aceites, grasas y metales pesados ​​que deben bombearse de nuevo al suelo o tratarse intensivamente. 

Pero estas aguas también contienen litio y otros materiales valiosos.

“Tratar los desechos como un recurso potencial es un cambio crucial para los campos de energía y minerales”, dijo Sarah Ryker, PhD, directora asociada de energía y minerales del USGS.

“Todos los estados y todos los países tienen desechos heredados de las industrias extractivas. Una pregunta clave es cuánto de esos desechos se podrían utilizar para fortalecer las cadenas de suministro de energía y minerales”, agregó. 

El litio suele ser difícil de acceder. Las concentraciones más altas de litio se encuentran en rocas llamadas pegmatitas formadas en las profundidades del suelo, a menudo en el borde de antiguos y vastos sistemas volcánicos. La extracción de estos depósitos de minerales ricos en litio es costosa, requiere mucha energía y agua y puede afectar la calidad del agua y el aire locales. 

En cambio, gran parte del litio producido en el mundo proviene de las aguas salobres de las salinas áridas. Aquí, los fluidos ricos en litio quedan atrapados en áreas bajas y se concentran con el tiempo por las altas tasas de evaporación.

La producción de litio a partir de salmueras suele ser menos costosa y requiere menos energía que la extracción de roca dura, pero aún así requiere una infraestructura considerable, incluida una gran red de piscinas de evaporación.

La recuperación de litio durante la producción de petróleo y gas podría proporcionar una nueva forma de satisfacer las demandas de litio y otros minerales valiosos. Sin embargo, para comprender cuán factible podría ser este método, los científicos deben saber dónde podrían estar las aguas producidas ricas en litio y cuánto litio podrían contener.

ESTUDIANDO LAS SALMUERAS
Los científicos del USGS están trabajando para comprender las condiciones geológicas que crean salmueras ricas en litio e identificar ubicaciones con concentraciones de litio potencialmente altas. 

Una herramienta en esta búsqueda es la Base de datos de aguas producidas de EE.UU., una compilación de información geoquímica de aproximadamente 113.000 muestras de agua producida analizadas por el USGS, el mundo académico, la industria privada y otras agencias federales y estatales. 

Madalyn Blondes, PhD, codirectora del proyecto, ha trabajado en la base de datos durante más de una década y explica que muchas de estas muestras se tomaron antes de que hubiera demanda de litio, pero que las mediciones rutinarias de litio ahora están demostrando ser invaluables. 

“Esta base de datos nos permite observar todo el país para identificar tendencias nacionales y regionales en la concentración de litio, así como comprender la disponibilidad de recursos a escala local”, explicó Blondes. 

Este amplio conjunto de datos también se puede combinar con algoritmos de aprendizaje automático para predecir la cantidad de litio que hay en lugares que no han sido muestreados. Katherine Knierim, PhD, hidróloga investigadora del USGS, ha estado trabajando en la estimación del litio total que se podría recuperar de la producción de petróleo y gas en la formación Smackover en el sur de Arkansas, un punto crítico de producción de petróleo con concentraciones prometedoras de litio.

"Estamos en un momento realmente emocionante en el que tenemos tanto la potencia informática como los datos entrantes para ejecutar estos modelos y predecir dónde pueden aparecer materias primas energéticas y minerales en concentraciones significativas", dijo. 

Al final del pasillo de Knierim, se está aplicando un enfoque más micro. Aquí, los científicos del Laboratorio de Instrumentación y Experimentación de Investigación de Salmueras (BRInE) del USGS miden minuciosamente las concentraciones de litio y otras materias primas en muestras tomadas en pozos de petróleo y gas. Los científicos también calientan fragmentos de rocas extraídos de las profundidades del suelo para imitar las condiciones geológicas que filtran el litio en los fluidos subterráneos. 

“En el USGS, tenemos tanto el conocimiento técnico de cómo analizar las muestras como una comprensión del contexto geológico a partir de nuestra investigación”, dijo Blondes. Los investigadores están empezando a entender cómo interactúan el tipo de roca, la química y la presión para crear salmueras valiosas. 

“Creo que la recuperación de litio de las aguas residuales de la energía tiene un potencial real. Los datos muestran que hay altas concentraciones de litio en lugares de todo el país donde podría ser un recurso realmente importante. Y la infraestructura para producirlo ya está ahí”, agregó. 

Esta investigación también se puede aplicar más allá de la producción de petróleo: los científicos del USGS están utilizando los mismos principios para identificar lugares donde la energía geotérmica y el litio podrían producirse en paralelo. 

Un lugar es de particular interés: el mar de Salton en California. 

En 2021, el USGS se asoció con el Departamento de Energía en una iniciativa conocida como GeoFlight para enviar aviones que vuelan a baja altura por la zona para recopilar características magnéticas, radiométricas y de elevación de las rocas por encima y por debajo del suelo.

Los científicos del USGS están analizando actualmente estos datos para comprender cómo se generan y transportan el calor y los fluidos a través de la tierra, y qué lugares podrían ser puntos calientes tanto geotérmicos como de litio.

CIENCIA PARA EL FUTURO
Ryker explica que esta investigación no solo está iluminando una vía potencial para ayudar a satisfacer las demandas de litio y energía baja en carbono: también demuestra el poder de pensar en cualquier recurso geológico como una economía circular, donde los desechos pueden retroalimentar la producción. 

"Nuestra ciencia está identificando formas de convertir los desechos en una oportunidad, no solo en una responsabilidad", dijo Ryker.

“Nuestro objetivo es aplicar esta ciencia tanto a la limpieza de los antiguos vertederos como a la gestión de residuos en los yacimientos actuales”, agregó.

El USGS también está investigando el potencial de recuperar minerales de los residuos que quedan en las minas históricas y de la minería moderna.

Varias empresas ya han puesto en marcha programas piloto para recuperar litio y otros materiales valiosos de las aguas producidas. Si la ampliación de la recuperación de minerales de los residuos energéticos resulta económica y tecnológicamente viable, las aguas producidas, consideradas durante mucho tiempo como corrientes de residuos, pueden verse con nuevos ojos como corrientes de recursos. 

En ese caso, la ciencia del USGS será más importante que nunca a la hora de decidir cuál es la mejor manera de utilizar los recursos que se encuentran bajo nuestros pies.