Refinação e reciclagem de lítio: eletroquímica para a transição energética

O lítio já não é apenas uma questão de matéria-prima. À medida que a procura por mobilidade elétrica, armazenamento de energia em baterias e sistemas energéticos mais resilientes continua a crescer, a cadeia de valor do lítio está a tornar-se cada vez mais estratégica. O desafio não consiste apenas em extrair mais lítio, mas também em processá-lo de forma mais eficiente, transformá-lo em materiais de alta qualidade para baterias e, a longo prazo, recuperá-lo de baterias em fim de vida.

É aqui que a refinação de lítio e a reciclagem de lítio se tornam essenciais. Ambas são etapas fundamentais na construção de uma cadeia de abastecimento de baterias mais segura, escalável e circular. Abrem também novas oportunidades para a eletroquímica, que pode ajudar a simplificar os processos convencionais, reduzir a utilização de reagentes químicos e valorizar fluxos que, de outra forma, seriam difíceis de reutilizar.

Para a De Nora, este é um campo natural de aplicação do seu know-how industrial. Através da sua plataforma de eletrolisadores Enso, a De Nora aplica a separação de sais para converter sais de lítio em hidróxido de lítio de qualidade para baterias, apoiando processos de refinação e recuperação mais eficientes e circulares.

Como explica Michele Sponchiado, Diretor de Desenvolvimento de Negócios, a oportunidade reside na aplicação de uma capacidade eletroquímica já existente a uma necessidade industrial em rápido crescimento: «Não estamos a começar do zero com um processo desenvolvido exclusivamente para o lítio. O processo já existia. O que estamos a propor é a utilização do nosso equipamento para a conversão de cloreto de lítio ou sulfato de lítio em hidróxido de lítio».

O crescimento do mercado do lítio está intimamente ligado a duas grandes tendências: mobilidade elétrica e armazenamento de energia. As baterias de iões de lítio são fundamentais para ambas. São utilizadas em veículos elétricos, mas também em sistemas de armazenamento que apoiam a integração das energias renováveis e ajudam a gerir a oferta e a procura de eletricidade.

É por isso que o lítio se tornou um dos materiais-chave da transição energética. A questão já não se limita à disponibilidade de recursos de lítio; diz também respeito à forma como o lítio é extraído, refinado, convertido em produtos adequados para baterias e, por fim, recuperado de baterias usadas.

A De Nora prevê que a procura cresça fortemente na próxima década, com estudos a indicarem uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) na casa dos dois dígitos. Como salienta Sponchiado, «O que esperamos que seja muito forte é o crescimento nos próximos dez anos, com vários estudos a indicarem uma CAGR entre cerca de 9,5 ou 10 % e até 15 %. Por isso, estamos perante um mercado que é claramente interessante».

Este crescimento altera a geografia industrial do lítio. O mercado necessita cada vez mais não só de minas e salmouras, mas também de capacidade de refinação, tecnologias de conversão para baterias e processos de reciclagem capazes de recuperar materiais valiosos de baterias em fim de vida. Neste contexto, a capacidade de transformar fluxos que contêm lítio em produtos de alta qualidade torna-se uma parte estratégica da cadeia de valor das baterias.

Para a De Nora, o foco está na fase em que a eletroquímica pode criar valor: a conversão de sais de lítio em hidróxido de lítio (LiOH), um dos principais precursores utilizados na produção de baterias de iões de lítio.

O lítio utilizado nas baterias é transformado principalmente em dois produtos-chave: carbonato de lítio e hidróxido de lítio. Ambos são importantes, mas estão associados a diferentes composições químicas das baterias e a diferentes requisitos de desempenho.

O carbonato de lítio é amplamente utilizado e está frequentemente associado a composições químicas de baterias como o LFP (fosfato de lítio-ferro), que são geralmente mais económicas e utilizadas em aplicações onde o custo, a segurança e a durabilidade são prioridades. O hidróxido de lítio, por outro lado, é particularmente relevante para composições químicas de cátodos de alto desempenho com elevado teor de níquel, tais como NMC (níquel-manganês-cobalto) e NCA (níquel-cobalto-alumínio). Estas composições químicas são utilizadas quando são necessárias maior densidade energética e melhor desempenho.

Esta é uma das razões pelas quais o hidróxido de lítio é estrategicamente importante para a De Nora. O processo eletroquímico da empresa permite produzir LiOH diretamente a partir de sais de lítio, tais como cloreto de lítio (LiCl) e sulfato de lítio (Li₂SO₄). Por outras palavras, o hidróxido de lítio não é apenas um produto relevante para o mercado: é também o resultado natural do processo eletroquímico.

Como explica Sponchiado, «Entre os produtos que mais nos interessam está o hidróxido de lítio. Tanto o carbonato de lítio como o hidróxido de lítio são utilizados como precursores de baterias, mas o hidróxido de lítio é mais adequado para composições de cátodos com elevado teor de níquel e, por conseguinte, para baterias de maior desempenho».

Há ainda outro aspeto a considerar. Se o hidróxido de lítio puder ser produzido a um custo competitivo através de uma via eletroquímica, poderá também tornar-se um intermediário útil para outros produtos à base de lítio. O carbonato de lítio pode ser obtido a partir do hidróxido de lítio através da carbonatação, o que significa que a produção de LiOH a baixo custo poderá também contribuir para uma maior flexibilidade no processamento do lítio.

A cadeia de valor do lítio não termina com a extração. Depois de obtido a partir de salmouras ou de minerais de rocha dura, o lítio tem de ser refinado e convertido em compostos adequados para baterias. Trata-se, muitas vezes, de um processo complexo, que envolve várias etapas químicas, fases de purificação, precipitação, lavagem e cristalização.

No caso do cloreto de lítio, que pode ser obtido a partir de salmouras como as encontradas em depósitos de salar, o processo convencional envolve normalmente várias transformações químicas antes da produção de hidróxido de lítio. No caso do sulfato de lítio, que pode derivar do tratamento de minerais de rocha dura, como o espodumênio, é também necessário um processamento adicional para obter hidróxido de lítio.

É aqui que a refinação pode tornar-se um estrangulamento. Uma maior procura de lítio requer mais capacidade de refinação, mas também processos mais eficientes, sustentáveis e escaláveis. Não basta aumentar o fornecimento de matéria-prima se a cadeia de conversão a jusante continuar a ser complexa, a exigir um uso intensivo de reagentes ou difícil de escalar.

O mesmo se aplica à reciclagem de lítio. À medida que mais baterias de iões de lítio chegam ao fim da sua vida útil, a reciclagem tornar-se-á cada vez mais relevante para a recuperação de materiais valiosos e para a redução da pressão sobre os recursos primários. Após o tratamento dos materiais das baterias, os operadores podem obter fluxos contendo lítio, frequentemente sob a forma de sulfato de lítio, que podem ser valorizados posteriormente.

Como observa Sponchiado, a reciclagem representa um segmento de clientes distinto e importante para a De Nora: «A outra categoria interessante no setor do lítio é a das empresas envolvidas na reciclagem. Quando as baterias são recicladas, o processo começa a partir da massa negra. O níquel e o cobalto são separados e, no final, há frequentemente um fluxo de sulfato de lítio que pode ser valorizado com esta tecnologia».

Isto torna a reciclagem mais do que uma questão de gestão de resíduos. Torna-se uma forma de apoiar a circularidade, melhorar a eficiência dos recursos e reduzir a dependência do abastecimento primário. A ambição é avançar para um modelo em que o lítio possa ser recuperado e reutilizado em novos materiais para baterias, contribuindo para cadeias de valor de baterias mais circulares.

O papel da De Nora na cadeia de valor do lítio é específico. A empresa não se posiciona como mineradora, produtora de células de bateria nem como empresa de reciclagem de baterias. Opera como fornecedora de tecnologia e soluções, aplicando os seus conhecimentos especializados em eletroquímica a uma das fases mais críticas da cadeia de abastecimento das baterias: a conversão de fluxos que contêm lítio em materiais de qualidade adequada para baterias.

No centro desta abordagem está a Enso, a plataforma de eletrolisadores da De Nora para processos de decomposição de sais. Em aplicações de lítio, a Enso pode ser utilizada para converter sais de lítio, tais como o cloreto de lítio e o sulfato de lítio, em hidróxido de lítio monohidratado, apoiando tanto as vias de refinação como as de recuperação.

O valor industrial desta abordagem reside na simplificação do processo. As vias convencionais para a obtenção de hidróxido de lítio podem exigir várias etapas químicas, incluindo precipitação, lavagem, purificação e cristalização. A conversão eletroquímica direta pode ajudar a reduzir esta complexidade, limitando a utilização de produtos químicos a granel e transformando alguns fluxos do processo em recursos que podem ser recuperados e reutilizados.

Sponchiado resume claramente a vantagem: «Essas etapas reduzem-se a uma única etapa de eletrólise. Alimentamos o sistema com uma salmoura purificada e, através da eletroquímica, produzimos hidróxido de lítio. Não utilizamos reagentes adicionais, ao contrário da via tradicional, e, em vez de gerarmos fluxos de resíduos, produzimos fluxos que podem ser recuperados e reutilizados».

Este é o cerne do posicionamento da De Nora na refinação de lítio e na reciclagem: aplicar a eletroquímica industrial para ajudar a simplificar a conversão do lítio, apoiar a recuperação de fluxos valiosos e permitir cadeias de valor do lítio mais eficientes e circulares.

À medida que o mercado do lítio se expande, a capacidade de refinar e recuperar lítio de forma eficiente tornar-se-á cada vez mais importante. Para a De Nora, a oportunidade não está em extrair lítio, mas em ajudar a transformá-lo nos materiais necessários para a próxima geração de baterias.