O echipă de ingineri din SUA a folosit matematica şi inteligenţa artificială pentru a putea reduce cu 50% emisiile CO2 la extracţia litiului pentru maşinile electrice

Litiul e încă mineralul principal pentru bateriile maşinilor electrice şi centralelor de reţea. Chiar dacă tipul exact al compoziţiei diferă — de la litiu NMC la LFP sau chiar unele baterii cu stare solidă încă în dezvoltare — toate folosesc litiu. Există şi baterii sodiu-ion, care nu au nevoie de litiu, dar deocamdată aplicările practice ale acestor au o densitate energetică mai mică, puţin compatibilă cu performanţele dorite pe maşini electrice. Excepţie o face bateria sodiu-ion cu densitate energetică record, creată de chimistul român Mircea Dincă de la Universitatea Princeton şi echipa sa, despre care scriam în luna februarie, însă această invenţie mai are până să ajungă în producţia de serie, aşa că litiul e o resursă foarte căutată. Până 2023, se vorbea adeseori că în lume nu există suficiente zăcăminte de litiu, pentru a transforma toate maşinile în electrice. Dar apoi în SUA s-au descoperit două zăcăminte uriaşe, unul la graniţa statelor Oregon şi Nevada, iar altul în California lângă lacul Salton. În 2025 şi China a mai găsit rezerve uriaşe. Aşa că acum litiul a devenit mai abundent, marea provocare fiind de a-l extrage prin metode mai inofensive pentru mediu. Şi o echipă de ingineri de la universitatea de inginerie UConn a folosit matematica şi inteligenta artificială pentru a reduce cu 50% şi mai mult emisiile CO2 la extracţia litiului.

De ce e important asta? Pentru că cele mai multe emisii CO2 în procesul de fabricare a unei maşini electrice sunt conţinute în bateria sa. Dacă energia necesară sudării, roboţilor industriali şi funcţionării unei uzine poate fi înlocuită cu cea din surse regenerabile, atunci energia consumată în procesul extracţiei de litiu e mult mai greu de înlocuit. Acum câteva luni, producătorul Polestar, unul din cei care are cea mai mare grijă de întreg lanţul său de emisii CO2, anunţa că producţia unei singure baterii la maşinile sale înseamnă 5,5 tone de CO2.

Doar că şi litiul se regăseşte în diverse forme în natură, de la roci până la conţinere în ape subterane, mai ales în foste zone vulcanice. Unul din cele mai mari zăcăminte din SUA şi din lume, tot el din cele două descoperite în SUA în 2023 — lacul Salton, are o mare parte din zăcăminte conţinute în asemenea ape, poreclite drept saramură geotermală.

Extracţia litiului din asemenea ape e mai energofagă, însă, decât extracţia din roci în mine obişnuite, chiar dacă şi cea din urmă presupune procese complexe. Motivul costurilor mai mari a în aducerea acestei ape la suprafaţă şi în concentraţia relativ mică de litiu raportată la volumele de apă. Există metode elaborate deja şi testate, dar ele sunt mai puţine viabile economic, din cauza costului mare de energie aferent.

Aici a intervenit echipa de ingineri din SUA, despre care vorbim azi, condusă de profesoara de inginerie biomoleculară Burcu Beykal, care a folosit modele matematice profunde şi inteligenţa artificială pentru a rezolva această problemă şi a face extracţia viabilă şi chiar mai inofensivă în emisiile CO2 emise.

Foto. Doi intre membrii echipei, Hasan Nikkhah şi Burcu Beykal

Ideea genială descoperită de ei e în folosirea însăşi a acestei ape geotermale cu rol dublu, de sursă de energie electrică şi termică, pe de o parte, şi drept materie primă pentru extracţia de litiu. Această saramură geotermală de sub pământ, venind din zone de sub pământ unde temperaturile la 150-300 grade Celsius, va fi trecută iniţial printr-o centrală geotermală, unde va produce electricitate. Desigur, la suprafaţă ea ajunge mai rece de atât, dar e suficient cât să propulseze turbinele de producţie a electricităţii.

Apoi, aceeaşi apă geotermală e trecută prin amestec cu nanomateriale sugerate tot de inteligenţa artificială, şi testate de ei, care fac extracţia de litiu din ea mai puţin energofagă. Iar energia termică şi electrică necesară acestui proces vine din faza anterioară, deci tot din aceeaşi apă geotermală. În acest fel o mare parte din procesele şi reacţiile chimice necesare sunt asigurate de însăşi apă din adâncuri, litiul fiind separat datorită captării acestei energii. Ulterior, apa trece prin noi reacţii pentru îndepărtarea nanomaterialelor, iar apa finală, de unde a fost extras litiu, e injectată din nou în pământ. Şi astfel nu e nevoie nici de irosire masivă a resurselor de apă.

Circuitul readuce apa din adâncuri înapoi sub pământ şi păstrează echilibrul natural. Iar datorită faptului că energia necesară acestui proces vinde de a însuşi materia primă, pe cale geotermală, impactul final în producţia de baterie va scădea cu 50%, or, energia geotermală e regenerabilă, cu zero intermitenţe, întrucât temperaturile la mare adâncime sunt practic constante.

Pentru SUA, asta înseamnă o metodă mai uşoară şi mai viabilă de a-şi extrage litiu de pe teritoriul săi din aceste zăcăminte noi mari. Şi de asemenea, mai înseamnă o metodă viabilă economic, or, forarea şi aşa trebuia făcută pentru extragerea acelei ape cu conţinut de litiu, doar că aici se adaugă partea de captare a energiei şi producţiei electricităţii din ea. În schimb, o asemenea mină funcţionează apoi pe resurse proprii de energie care e gratuită în costuri directe de achiziţie. Deci, litiul extras astfel ar trebui să fie la fel de competitiv în costuri ca şi cel extras din mine, cel puţin asta spun modelele matematice ale echipei.

Iar amprenta de CO2 al acestuia ar fi mai mică, şi datorită acestui fapt şi maşinile care vor folosi acest litiu în bateriile lor vor putea spune că nu generează 5,5 tone de CO2 la producţia unei baterii, ci 2,75, spre exemplu. Iar asta înseamnă că la final acea maşină electrică nu va avea nevoie 72-85 mii km pentru a începe să fie în avantaj la emisii faţă de una cu combustie, ci doar 45-50 mii km, spre exemplu.

Echipa de ingineri spune că în prezent rezervele totale de litiu cunoscute în lume sunt estimate la 98 milioane de tone, şi doar 26 milioane dintre ele sunt accesibile prin minerit. Şi circa 61,8% din rezervele cunoscute de litiu se conţin, de fapt, în asemenea ape subterane. Prin urmare, exact spre facilitarea extracţiei celor 61,8% din zăcămintele de litiu cunoscute, dar dificile, a ţintit echipa de ingineri din SUA. Aşa cum spuneam, ideea de a ţinti aceste resurse nu e absolut nouă, şi chiar şi folosirea folosirea electricităţii din surse geotermale a fost propusă în ultimii ani, inclusiv de ingineri francezi. Dar e pentru prima dată când sunt folosite şi nanoparticule pentru creşterea randamentului, când se integrează direct întreg pocesul, când eficienţa acestui proces a fost adusă la 50% reducere de CO2 şi când se ajunge la un prag de viabilitate economică, care i-ar permite acestei metode să fie nu doar mai curată, ci şi comparabilă în costuri cu extracţia prin minerit clasic.

Şi partea la fel de curioasă e că şi Europa are rezerve de acest tip de litiu, în Italia, Germania şi Franţa. Deci, dacă metoda se dovedeşte a fi atât de viabilă, atunci şi continentul european ar putea să devină mult mai independent în resursele proprii de litiu.