Para muchos materiales críticos para las cadenas de suministro que ayudarán a permitir la transición hacia la descarbonización de Estados Unidos, los recursos son limitados. La minería tradicional está llena de desafíos, por lo que el avance de la energía limpia depende de encontrar nuevas formas de acceder de manera confiable a los materiales críticos.
Promover la seguridad nacional y la competitividad económica requerirá que los investigadores estadounidenses encuentren nuevas formas de obtener los materiales que necesitamos para muchas tecnologías. Estos incluyen baterías, imanes en motores eléctricos, catalizadores, reactores nucleares y otras tecnologías energéticas esenciales libres de carbono.
El agua representa una vía poco explorada para adquirir estos materiales. Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. publicaron recientemente una revisión exhaustiva que detalla los diversos mecanismos mediante los cuales se pueden extraer materiales críticos de diversas corrientes de agua.
Diferentes tipos de agua ofrecen diferentes tipos de recursos materiales, dijo Seth Darling, director de ciencia y tecnología de la dirección de Tecnologías Energéticas Avanzadas de Argonne. «Los océanos son un recurso tremendo porque las cantidades totales de muchos materiales valiosos e importantes son enormes, pero también están muy diluidos», dijo. «Las aguas residuales también han necesitado un replanteamiento: queremos que la gente vea que las aguas residuales no son realmente desechos, sino que son ricas en todo tipo de cosas valiosas».
Darling también señaló los acuíferos de aguas subterráneas y las salmueras geotérmicas como otras posibles fuentes de materiales valiosos. Estos materiales incluyen el litio, que tiene una demanda cada vez mayor para las baterías de vehículos eléctricos y podría usarse para ayudar a descarbonizar nuestra economía. «El litio está en el océano y en salmueras geotérmicas; lo extraería de manera diferente de estas dos fuentes, pero es importante comprender cuál es más barato, tiene el menor impacto ambiental y permite cadenas de suministro seguras», dijo Darling. «Para muchos otros materiales, el agua está poco explorada como fuente, y eso es algo a lo que le estamos prestando cada vez más atención».
Las tecnologías que Darling y sus colegas están explorando para extraer materiales críticos de diferentes tipos de agua van desde lo tradicional (como membranas) hasta lo innovador (como generadores de vapor solares interfaciales).
Omar Kazi, un Ph.D. estudiante de ingeniería molecular en la Universidad de Chicago que trabaja con Darling, está estudiando métodos para concentrar corrientes de aguas residuales para recuperar materiales valiosos. «Deshacerse del agua a través de la evaporación es un proceso lento y que consume mucha energía», dijo Kazi. “En las salmueras geotérmicas, el agua puede tardar años en evaporarse para poder recuperar el litio que contienen, lo que crea un enorme cuello de botella. La pregunta que nos hacemos es ¿cómo podemos hacer que el agua se evapore más rápido? «
Una forma de hacerlo podría ser mediante el uso de materiales fototérmicos porosos, que convierten la luz en calor de manera eficiente. Estos absorbentes de luz actúan como una camiseta negra que se calienta en un día soleado. Ese calor se transfiere al agua directamente en la interfaz con el aire circundante, acelerando significativamente la evaporación.
En general, señaló Darling, Argonne tiene una gran capacidad en la cadena de suministro, el ciclo de vida y los análisis tecnoeconómicos. Además, el laboratorio se especializa en materiales, química e ingeniería de procesos relevantes para la extracción de materiales críticos. Esto posiciona al laboratorio de manera única para ayudar a lograr una economía de materiales más segura y circular, especialmente cuando se trata de sacar más provecho de las corrientes de agua.
Un artículo basado en el estudio, «Estrategias de diseño de materiales para la recuperación de recursos críticos del agua», apareció en línea en Advanced Materials el 31 de marzo.
Además de Darling y Kazi, otros autores del estudio incluyen a Wen Chen de Argonne, Jamila Eatman, Feng Gao, Yining Liu, Yuqin Wang y Zijing Xia.
Este trabajo fue apoyado como parte del Centro de Materiales Avanzados para Sistemas de Energía y Agua (AMEWS), un Centro de Investigación de la Frontera Energética financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias, Ciencias Energéticas Básicas en el Laboratorio Nacional de Argonne.
