Nel panorama contemporaneo, il litio rappresenta una risorsa fondamentale. Senza questo elemento, veicoli elettrici, sistemi di accumulo energetico e numerosi dispositivi tecnologici non potrebbero esistere. Tuttavia, la richiesta mondiale aumenta a ritmi superiori rispetto alla capacità estrattiva, mentre le metodologie convenzionali rimangono dispendiose, dannose per l’ambiente e richiedono enormi volumi idrici.
Da questa problematica nasce un’innovativa ricerca che identifica negli oceani e nell’energia del sole risorse preziose. Un articolo scientifico apparso sulla pubblicazione Device illustra un apparecchio rivoluzionario in grado di recuperare litio dalle acque marine e contemporaneamente purificarle dai sali, sfruttando unicamente radiazione solare. Una soluzione duplice per due sfide cruciali: il passaggio verso energie sostenibili e la penuria di risorse idriche.
Sembra straordinario, eppure i mari ospitano circa 230 miliardi di tonnellate di litio. Un volume immenso, teoricamente adeguato a soddisfare le necessità planetarie per secoli. La difficoltà principale risiede nella concentrazione estremamente bassa: approssimativamente 0,2 milligrammi per litro, a fronte di oltre 12.000 milligrammi per litro di sodio.
Questo divario ha sempre rappresentato un ostacolo per i sistemi di separazione. Approcci come nanofiltrazione, intercalazione elettrochimica o estrazione con solventi si sono rivelati inefficaci proprio a causa dell’interferenza degli altri minerali disciolti. Anche i cosiddetti filtri selettivi per il litio, progettati specificamente per isolare questo metallo, operano correttamente ma con velocità inadeguate.
Recentemente si è tentato di potenziare il procedimento associandolo all’evaporazione dell’acqua, ma emerge un ulteriore ostacolo: l’accumulo di minerali differenti dal litio genera depositi cristallini che ostruiscono il sistema. Un impedimento tecnologico che, sinora, ha precluso l’utilizzo efficace del mare come fonte.
Ciononostante, riuscire in questa impresa significherebbe eliminare – o quantomeno limitare significativamente – l’estrazione mineraria tradizionale, frequentemente criticata per distruggere habitat naturali, richiedere volumi idrici massicci e contaminare terreni e falde acquifere.
Meccanismo dell’estrattore oscillante alimentato dal sole
L’approccio presentato dai ricercatori prende il nome di Solar-Powered Seesaw Extractor (SPSE), una denominazione che ne descrive efficacemente il principio operativo. Si configura come un apparato galleggiante costituito da uno strato intermedio idrofilo, che intercetta il litio, inserito tra due strati idrofobici e fototermici.
Quando i raggi solari investono la superficie, il riscaldamento provoca l’evaporazione dell’acqua salata. Questo meccanismo innesca un movimento capillare costante che trasporta gli ioni verso lo strato assorbente, dove il litio viene gradualmente accumulato. L’apparecchio è inizialmente posizionato con un’inclinazione di circa 30 gradi e, progressivamente, mentre i sali si depositano nella sezione superiore, comincia a dondolare come un altalena.
Ed è proprio qui che risiede l’innovazione brillante: quando la porzione incrostata si riimmerge nell’acqua, i depositi salini si dissolvono, le superfici si rigenerano e il processo riparte automaticamente. In questo modo il dispositivo si pulisce autonomamente, superando uno dei principali limiti delle soluzioni precedenti.
Secondo gli studiosi, il tappeto nanofibroso centrale funziona simultaneamente come pompa per capillarità e come contenitore per l’assorbimento del litio. Gli strati carbonici convertono la radiazione solare in energia termica e assicurano il galleggiamento, mentre le superfici idrofobiche dirigono i sali verso i margini, minimizzando il rischio di ostruzioni.
L’apparecchio è riuscito ad amplificare la concentrazione locale di litio di 15,5 volte, incrementando notevolmente la velocità di assorbimento. La separazione tra litio e sodio ha raggiunto un fattore superiore a 370.000, un traguardo che recentemente appariva impossibile.
C’è dell’altro. Con perfezionamenti aggiuntivi, il procedimento genera anche acqua purificata di qualità elevata, conforme agli standard per il consumo umano. Un vantaggio accessorio di notevole rilevanza, specialmente in un pianeta sempre più afflitto dalla scarsità idrica.
Nelle prove comparative, il modello oscillante ha evidenziato un’efficienza marcatamente superiore rispetto a un sistema totalmente sommerso: dopo 120 ore, l’assorbimento di litio è risultato superiore del 69%.
Gli ostacoli ancora da superare e le prospettive future
Come ogni innovazione emergente, anche l’estrattore solare oscillante presenta margini di perfezionamento. Dopo 30 cicli operativi, le performance sono calate di circa 21,6%, principalmente per la limitata stabilità dei filtri ionici contenenti manganese.
Permane inoltre la questione delle condizioni oceaniche reali: numerose di queste tecnologie operano ottimamente in contesti di laboratorio, mentre l’acqua marina naturale mostra variazioni di acidità e composizione chimica. Proprio l’acidità costituisce uno dei problemi centrali, poiché molti materiali catturano il litio esclusivamente in ambienti alcalini.
Per gli sviluppi futuri, i ricercatori suggeriscono di rimpiazzare i materiali contenenti manganese con filtri ionici al titanio, più durevoli, e di elaborare soluzioni capaci di operare direttamente all’acidità naturale dell’oceano.
Se queste sfide verranno risolte, potremmo assistere a una trasformazione storica: litio recuperato in modo sostenibile dal mare, impiegando il sole come esclusiva fonte energetica e producendo contemporaneamente acqua dolce. Un esempio tangibile di come l’innovazione, se concepita correttamente, possa realmente collaborare con l’ambiente.
Fonte: Device