Los científicos de Berkeley Lab y la Comisión de Energía de California apoyaran a dos empresas para que desarrollen la tecnología de extracción de litio de las salmueras geotérmicas, lo que le daría también un impulso a la energía geotérmica.
En lo profundo de la superficie del mar de Salton, un lago poco profundo en el condado Imperial de California, se encuentra una inmensa reserva de metales, si se logra explotar, podría impulsar la economía ecológica del estado en los próximos años. Estos metales naturales se disuelven en salmuera geotérmica, un subproducto de la producción de energía geotérmica. Comienza la carrera para desarrollar tecnología para extraer de manera eficiente uno de los metales más valiosos de la salmuera producida por las plantas geotérmicas cerca del Mar de Salton: el litio.
El litio es un ingrediente clave de la mayoría de las baterías, y a medida que los vehículos, los edificios, la red y otros sectores se vuelven cada vez más eléctricos, se espera que la demanda mundial de litio se dispare en los próximos años, aumentando diez veces para 2030. Los científicos del departamento de Energía del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) está trabajando con dos empresas para evaluar y analizar sus tecnologías de extracción de litio. Ambos proyectos han recibido apoyos económicos de la Comisión de Energía de California (CEC).
Berkshire Hathaway Energy recibió $ 6 millones por un proyecto de demostración, en una instalación de energía geotérmica existente en Calipatria, para producir carbonato de litio de grado de batería y Hell's Kitchen Geothermal LLC de la empresa Controlled Thermal Resources (CTR) recibió $ 1.46 millones para el diseño, construcción y operación de una unidad de extracción de metales basicos a escala piloto que se operará aguas arriba de una unidad de extracción de litio. Además, la CCA otorgó a Berkeley Lab $ 1.7 millones para el diseño de un proyecto para demostrar cómo los datos sísmicos y electromagnéticos pueden mapear los reservorios geotérmicos y crear imágenes mejoradas de sus características estructurales para una mejor ubicación y localización de los pozos de producción. Estos proyectos ocurrirán en The Geysers, el campo geotérmico productor más grande del mundo ubicado en los condados de Sonoma, Lake y Mendocino; y el Mar de Salton, el segundo campo geotérmico más grande de EE. UU.
La energía geotérmica, una fuente de energía limpia y renovable en la que se llevan a la superficie depósitos subterráneos de agua caliente, proporciona poco menos del 6% de la generación total de energía eléctrica de California. Pero el potencial geotérmico del estado es mucho mayor, y la CCA está trabajando para aumentar ese número para ayudar a cumplir los objetivos de energía limpia de California.
"Si hay un buen proceso para extraer litio y otros minerales valiosos de los fluidos geotérmicos, eso mejoraría el cálculo económico para la producción de energía geotérmica", dijo Will Stringfellow, científico de Berkeley Lab, quien lidera el trabajo del laboratorio en los proyectos de extracción de litio. “En Berkeley Lab tenemos una amplia experiencia en sistemas geotérmicos, modelado geoquímico y caracterización de reacciones químicas. Para estos proyectos estamos ayudando con el diseño experimental, la recopilación y el análisis de datos, la validación de procesos y el análisis tecno-económico ".
El interés en los materiales críticos se extiende también al nivel federal. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) anunció recientemente $ 30 millones en fondos para tecnologías de próxima generación para extraer, separar y procesar elementos de tierras raras y otros materiales críticos para baterías utilizados en tecnologías de energía limpia.
“El desafío no es simplemente la extracción de litio. Es un complejo entramado de cuestiones químicas, de ingeniería, económicas y de la cadena de suministro”, dijo Peter Fiske, director del Instituto de Investigación de Resiliencia Agua-Energía de Berkeley Lab. “Como laboratorio nacional multidisciplinario, tenemos sólidos programas de investigación que abarcan todo el ecosistema de almacenamiento de energía: desde la energía geotérmica hasta la tecnología de baterías de iones de litio y el análisis de sistemas de energía. Nuestra experiencia es adecuada para abordar este desafío y brindar seguridad nacional sobre un mineral crítico necesario para el almacenamiento de energía, que es esencial para nuestro futuro energético ".
Silicon Valley 2.0: "Lithium Valley"
El campo geotérmico de Salton Sea (SSGF) tiene un potencial recurso de litio inferido de 15 millones de toneladas métricas. Según un informe de la CEC de marzo de 2020 titulado "Recuperación selectiva de litio de salmueras geotérmicas", el SSGF puede producir más de 600,000 toneladas de carbonato de litio por año; a $ 12 000 por tonelada, eso es $ 7.2 mil millones por año.
El desarrollo de fuentes de energía geotérmica adicionales proporcionará beneficios ambientales a la región, incluida la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Se espera que los ingresos por arrendamiento de tierras y recuperación de minerales respalden proyectos de restauración ambiental, que algunas fuentes estiman que pueden costar entre $ 3 mil millones y $ 9 mil millones, según el informe.
No es de extrañar que muchos denominen a la industria emergente como "Lithium Valley".
Si bien Estados Unidos no ha sido un jugador importante en el mercado mundial de litio, eso podría cambiar si las empresas pueden desarrollar tecnologías para extraer lo que se estima que es una inmensa cantidad de litio en el oeste de los Estados Unidos, incluidos Arizona, Nevada y California.
“Lithium Valley de California tiene el potencial de abastecer el 40% de la demanda mundial de litio. La CCA se compromete a respaldar esta industria emergente y la cadena de suministro de baterías”, dijo el presidente de la CCA, David Hochschild.
Aunque separar el litio de la salmuera que sale a la superficie durante el ciclo de producción geotérmica suena simple, es todo lo contrario. Por un lado, la salmuera contiene una gran cantidad de metales y minerales disueltos, algunos de los cuales son valiosos, como el manganeso y el zinc, pero la mayoría de los cuales no lo son.
"Pensé que el agua producida era compleja", dijo Stringfellow, un ingeniero ambiental experto en aguas residuales industriales y agrícolas, incluida el agua producida, que es un subproducto de la producción de petróleo y gas. “Las salmueras geotérmicas son un nivel completamente diferente de complejidad. Es un 30% de sólidos en algunos casos ".
Varias compañías están trabajando en tecnologías de extracción de litio, que a menudo implican un proceso de pretratamiento, luego la separación de litio utilizando un absorbente inorgánico, luego una purificación adicional, pero ninguna ha sido probada a escala comercial.
CalEnergy de Berkshire Hathaway Energy opera 10 plantas geotérmicas en el Mar de Salton. Con el apoyo otorgado por la CEC, su objetivo es demostrar su tecnología de separación de litio a escala piloto, procesando de manera rentable al menos 100 galones de salmuera geotérmica por minuto y luego convirtiendo el litio en carbonato de litio de grado de batería. El objetivo de la compañía es que las plantas de energía geotérmica existentes reduzcan el costo de producción de energía hasta en un 35% mediante la producción y venta de compuestos de litio.
“La producción exitosa de litio a partir de salmuera geotérmica traerá otra fuente de ingresos a estas plantas geotérmicas y podría convertirse en el catalizador para revivir la industria de energía geotérmica de Imperial Valley, no solo creando nuevos empleos sino también haciendo que el precio de la energía geotérmica de carga base sea mucho más económica para el beneficio de los contribuyentes californianos ”, dijo Jonathan Weisgall, vicepresidente de relaciones gubernamentales de Berkshire Hathaway Energy, en la reunión de negocios de la CCA del 20 de mayo pasado donde se formalizó el apoyo.
Controlled Thermal Resources (CTR), una empresa con sede en el Valle Imperial ha desarrollado un proceso de pretratamiento para eliminar selectivamente los metales base de la salmuera antes de extraer el litio. La extracción de litio se realizará utilizando una tecnología de resina de intercambio iónico de Lilac Solutions. CTR tiene como objetivo demostrar que puede producir carbonato de litio de grado de batería a un costo de producción de menos de $ 5 000 por tonelada métrica.
"CTR y nuestros consultores de ingeniería de proyectos en Hatch han completado un extenso trabajo de prueba y diseño para demostrar que la extracción directa de litio de la salmuera geotérmica del Mar de Salton es competitiva a nivel mundial", dijo el director ejecutivo de CTR, Rod Colwell. “La oportunidad de desarrollar instalaciones de extracción y conversión de litio que complementen los últimos avances en ingeniería de plantas de energía geotérmica permitirá a nuestro equipo diseñar y construir instalaciones comerciales que ofrezcan resultados operativos y económicos superiores. Esperamos trabajar con el equipo de Berkeley Lab mientras nos preparamos para esta próxima evolución en la producción de energía renovable y minerales críticos en los Estados Unidos ".
Los científicos de Berkeley Lab dirigidos por Stringfellow y Hanna Breunig participarán en ambos proyectos para asegurarse de que se recopilen y analicen los datos apropiados para ayudar a la CCA a evaluar las tecnologías.
Actualmente, la gran mayoría del litio mundial se extrae en Argentina, Chile, China y Australia. El método dominante es la evaporación solar de las salmueras que se encuentran en depósitos de salmuera subterráneos debajo de la superficie de los lechos de los lagos secos. Si bien los costos de procesamiento son bajos, esta técnica tiene una serie de desventajas: el proceso es lento (tarda hasta 24 meses), depende del clima y tiene una eficiencia de extracción de solo el 50%.
Parte del trabajo de Berkeley Lab consiste en realizar un análisis tecno económico, en el que colaborará con UC Riverside. Aunque una tecnología de extracción de litio parece haberse demostrado en el laboratorio, queda por ver que puede funcionar económicamente en una gran instalación geotérmica.
“En última instancia, la CCA quiere ver beneficios para los contribuyentes”, dijo Breunig, quien lidera el trabajo tecno económico. “No se trata solo de producir litio para automóviles; tiene que beneficiar a la red eléctrica ya los contribuyentes. Nuestro alcance estará muy enfocado en demostrar si existe una eficiencia del sistema que se pueda lograr que nos haga competitivos frente a otras formas de producción de litio”.
Hacer que la energía geotérmica sea más rentable
Para el proyecto CEC que tiene lugar en The Geysers, los científicos de Berkeley Lab David Alumbaugh y Michael Commer se asociarán con colegas del United States Geological Survey (USGS) y las compañías Array Information Technology y Jarpe Data Solutions para desarrollar y probar una nueva tecnología de imágenes geofísicas. La técnica de imagen emplea una combinación de señales sísmicas y electromagnéticas para generar imágenes de alta resolución del subsuelo que delinean las regiones del reservorio llenas de vapor versus el fluido. Esto permitirá a Calpine, la compañía que opera la mayoría de las plantas geotérmicas en The Geysers, mejorar sus modelos de reservorios.
“Cuanto más precisa sea, mejor podrán controlar la inyección de agua y la producción de vapor para optimizar su producción de energía”, dijo Alumbaugh. "Eso les ahorra dinero a ellos y a los contribuyentes".
Si se puede demostrar la técnica, se puede aplicar en cualquier campo geotérmico que produzca vapor, dijo Alumbaugh. También podría ayudar a colocar nuevos pozos de producción; Uno de los obstáculos para expandir la energía geotérmica son los altos costos iniciales de perforación de un nuevo pozo.
Casi la mitad de los recursos geotérmicos conocidos de California aún permanecen sin explotar, según la CCA. Con estos proyectos, espera hacer que la energía geotérmica sea más atractiva económicamente, lo que conducirá a una mayor penetración de la energía renovable en California y hará que la red sea más estable y confiable.
Fuente: Berkeley Lab