Une nouvelle méthode pour exploiter d’immenses réserves de lithium

Grant Currin

La demande en lithium explose alors que les usines du monde entier produisent en masse des véhicules électriques et les batteries géantes qui permettent aux éoliennes et panneaux solaires de fournir une énergie fiable. Malheureusement, les méthodes actuelles de production du lithium sont lentes et nécessitent des matières premières de haute qualité que l’on ne trouve qu’en relativement peu d’endroits sur la planète. Ironiquement, leur coût environnemental est aussi significatif : le raffinage du minéral indispensable à l’énergie propre nécessite de vastes étendues de terres et pollue les ressources en eau dont dépendent les communautés locales.

Dans un nouvel article, des chercheurs de Columbia Engineering décrivent une nouvelle méthode d’extraction du lithium qui pourrait considérablement réduire le temps de traitement, exploiter des réserves inaccessibles aux méthodes actuelles et réduire l’impact environnemental. Leur technique utilise un solvant sensible à la température pour extraire directement le lithium des saumures présentes dans des gisements à travers le monde. Contrairement aux technologies actuelles, cette approche peut extraire efficacement le lithium même lorsque le minéral est présent en très faible concentration et contaminé par des matériaux similaires.

Les résultats, détaillés dans un article publié aujourd’hui dans Joule, montrent que cette innovation, appelée « extraction sélective par solvant commutable » (S³E, prononcé S trois E), peut extraire le lithium avec une forte sélectivité : jusqu’à 10 fois supérieure à celle du sodium, et 12 fois supérieure à celle du potassium. Le processus exclut également le magnésium, un contaminant courant des saumures de lithium, en déclenchant une étape de précipitation chimique qui le sépare.

Améliorer l’évaporation solaire

Environ 40 % de la production de lithium commence par une saumure salée que l’on trouve dans de grands réservoirs formés sous les déserts. Presque tout ce lithium est extrait par une technique d’évaporation solaire : la saumure est pompée dans des bassins étendus qui « cuisent » sous le soleil du désert — jusqu’à deux ans — jusqu’à ce que suffisamment d’eau s’évapore. Cette méthode n’est réalisable que dans des régions sèches, plates et disposant de vastes étendues de terre, comme le désert d’Atacama au Chili ou certaines parties du Nevada. Elle consomme aussi d’énormes volumes d’eau dans des endroits qui peuvent difficilement se le permettre.

Il est impossible que l’évaporation solaire seule puisse répondre à la demande future, affirme Ngai Yin Yip, professeur associé La Von Duddleson Krumb en ingénierie de la terre et de l’environnement à l’Université Columbia. Et il existe des saumures prometteuses riches en lithium, comme celles de la mer de Salton en Californie, où cette méthode ne peut tout simplement pas être utilisée du tout.

Contrairement aux méthodes conventionnelles de récupération du lithium, la méthode S³E ne repose pas sur des produits chimiques liants ou un post-traitement extensif. Au lieu de cela, le processus exploite la façon dont les ions lithium interagissent avec les molécules d’eau dans un système de solvant qui modifie son comportement en fonction de la température. À température ambiante, le solvant extrait le lithium et l’eau de la saumure. Lorsqu’il est chauffé, il libère le lithium, ainsi que l’eau, dans un flux purifié et se régénère pour être réutilisé.

Une approche au potentiel énorme

Lors de tests en laboratoire sur des saumures synthétiques modélisées sur la mer de Salton, une région géothermique du sud de la Californie estimée contenir assez de lithium pour alimenter plus de 375 millions de batteries de véhicules électriques, le système a récupéré près de 40 % du lithium en seulement quatre cycles avec le même lot de solvant. Cela suggère une voie viable vers une opération continue.

C’est une nouvelle façon de procéder à l’extraction directe du lithium, explique Yip. C’est rapide, sélectif et facile à mettre à l’échelle. Et cela peut être alimenté par de la chaleur de basse qualité provenant de sources de déchets ou de capteurs solaires.

L’équipe a souligné qu’il s’agit d’une étude de preuve de concept. Le système n’a pas encore été optimisé pour le rendement ou l’efficacité. Mais même sous cette forme précoce, la méthode S³E semble suffisamment prometteuse pour offrir une alternative aux bassins d’évaporation et à l’exploitation minière de roche dure, les deux approches qui dominent aujourd’hui la chaîne d’approvisionnement en lithium et impliquent des compromis importants.

Alors que la transition mondiale vers l’énergie propre s’accélère, des technologies comme la S³E pourraient jouer un rôle crucial pour la maintenir sur la bonne voie — en rendant possible l’extraction du lithium plus rapidement, plus proprement et dans plus d’endroits que jamais auparavant.

Nous parlons tout le temps d’énergie verte, souligne Yip. Mais nous parlons rarement de la saleté de certaines chaînes d’approvisionnement. Si nous voulons une transition vraiment durable, nous avons besoin de moyens plus propres pour obtenir les matériaux dont elle dépend. C’est un pas dans cette direction.

Article : A New Method to Unlock Vast Lithium Stores – Journal : Joule – DOI : 10.1016/j.joule.2025.102265

Source : Columbia U.