La Universidad de Texas desarrolla canales nanométricos que mejoran hasta cinco veces la selectividad en la extracción de litio

Canales biomiméticos que separan iones con alta precisión

El sistema, desarrollado en el laboratorio del profesor Manish Kumar —de los departamentos de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Medioambiental e Ingeniería Química de la Universidad de Texas—, se basa en la creación de diminutos poros integrados en membranas que replican los canales naturales presentes en las células vivas, responsables de regular el paso de iones y moléculas.

Estas estructuras permiten el tránsito del litio mientras restringen el de otros elementos que suelen acompañarlo en los depósitos naturales, como el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Según los datos del estudio, los nuevos canales alcanzan una selectividad entre dos y cinco veces superior a la de otros sistemas de transporte de litio desarrollados recientemente, y sus creadores aseguran que se encuentran entre los canales más selectivos diseñados hasta la fecha.

Un avance frente a los desafíos de la extracción de litio

La extracción de litio presenta un desafío técnico importante: separar este mineral de otros elementos con propiedades químicas similares. El litio se encuentra tanto en yacimientos de roca dura como en salmueras subterráneas, así como en baterías usadas que pueden reciclarse. En todos estos entornos aparece mezclado con diferentes sustancias, lo que dificulta su purificación.

Los métodos convencionales pueden requerir procesos prolongados y un elevado consumo energético, y algunas técnicas generan residuos potencialmente perjudiciales. Por eso, el desarrollo de sistemas capaces de seleccionar el litio frente a otros iones se ha convertido en uno de los principales retos tecnológicos para mejorar el aprovechamiento de este recurso estratégico.

Manish Kumar destaca la importancia de este avance: "El litio está presente en nuestros teléfonos, nuestros coches y la red eléctrica, pero extraerlo del subsuelo de forma limpia sigue siendo un problema difícil". El objetivo, añade, es conseguir un procedimiento "más rápido, limpio y fácil de operar".

Ampliación de la investigación a otros minerales críticos

El trabajo amplía una línea de investigación que el mismo equipo ya había desarrollado para separar elementos de tierras raras, minerales utilizados en aplicaciones como los imanes de los aerogeneradores, las baterías de los vehículos eléctricos y las pantallas electrónicas. Según Harekrushna Behera, investigador del laboratorio de Kumar, "ahora contamos con un conjunto de herramientas, en lugar de un resultado aislado".

Behera explica que comprender cómo interactúan los distintos iones con los grupos químicos situados en la entrada de los canales permitirá diseñar sistemas de separación cada vez más selectivos, tanto para el litio como para otros minerales críticos. El control de las interacciones químicas en la entrada de los canales, combinado con la estructura confinada de los poros, favorece el transporte del litio frente al de otros elementos que compiten por atravesar la membrana.

El reto de la escala industrial y los próximos pasos

A pesar de los resultados en laboratorio, el principal desafío ahora es trasladar esta tecnología a instalaciones de mayor tamaño. Para ello, el equipo trabaja en integrar los canales artificiales en membranas de mayor superficie, utilizando un material desarrollado recientemente por los propios investigadores, formado por capas interconectadas similares a las estructuras celulares y que puede fabricarse a partir de lípidos o de polímeros sintéticos.

La finalidad es conseguir un sistema de funcionamiento continuo que permita separar el litio sin recurrir a disolventes agresivos, con el objetivo de reducir las necesidades energéticas y el impacto ambiental asociado a la obtención del mineral. No obstante, la tecnología todavía debe superar varias fases de desarrollo antes de demostrar su viabilidad industrial.

Entre los próximos pasos figura realizar experimentos con salmueras reales —que contienen simultáneamente diferentes tipos de sales— y evaluar el rendimiento de las membranas en condiciones de operación a mayor escala. Las aplicaciones potenciales no se limitan a la extracción minera: el equipo considera que estos canales podrían utilizarse para recuperar litio de baterías al final de su vida útil y, en una fase posterior, contribuir al desarrollo de mejores sistemas de separación en el interior de las propias baterías.