Malgré sa contribution aux technologies d’énergie propre, le lithium demeure une ressource délicate à extraire et peu respectueuse de l’environnement. Ainsi, des scientifiques recherchent des méthodes plus durables pour répondre à la demande croissante de lithium, y compris une proposition innovante visant une stratégie plus sûre et moins coûteuse pour exploiter le spodumène, ce minéral riche en cet élément précieux.
Le nouveau procédé, détaillé dans une étude publiée aujourd’hui dans la revue Science, dissocie chimiquement un minéral appelé spodumène pour en sortir le lithium, l’aluminium et la silice, qui sont ensuite séparés et purifiés afin d’être utilisés dans leurs applications industrielles respectives. Contrairement aux méthodes conventionnelles, cette alternative récente s’appuie sur une approche à basse température et sans acide qui extrait les produits les plus précieux des principaux composants minéraux du spodumene.
Déployé à une échelle industrielle, cela représenterait « le moyen le moins coûteux d’obtenir le lithium à partir de n’importe quelle ressource naturelle », a déclaré Yet-Ming Chiang, co-auteur de l’étude et professeur Kyocera de science et ingénierie des matériaux au Massachusetts Institute of Technology (MIT), à Gizmodo.
Le récit autour du lithium
Selon le MIT Climate Portal, le lithium est récupéré soit en évaporant des bassins de saumure, soit par l’exploitation en roches dures. Dans le premier cas, une saumure salée est pompée depuis des dépôts souterrains et laissée dans des bassins pour s’évaporer, ce qui laisse le lithium et d’autres éléments. L’exploitation des roches dures « paraît plus traditionnelle » et emploie des machines lourdes pour déterrer et broyer le spodumène. Les deux types d’extraction consomment beaucoup d’eau et présentent des empreintes carbone relativement élevées.
L’industrie mondiale du lithium est également confrontée à des risques d’approvisionnement et géopolitiques nettement élevés, souligne un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Le rapport évalue la « capacité de l’industrie à réagir face à des perturbations d’approvisionnement » à seulement 3 %, tandis que 57 % du raffinage du lithium dépendraient de la Chine d’ici 2030.
Trouver une alternative
Le nouveau procédé utilise le fluorure d’ammonium pour « dissoudre en toute sécurité la matrice silicatée dans la roche dure, libérant ainsi le lithium ainsi que l’aluminium », a expliqué Chiang à Gizmodo. Cela supprime la besoin de « torréfier » le spodumène avant l’extraction acide, une étape qui génère des émissions de dioxyde de carbone.
L’équipe a testé sa méthode sur 17 sources différentes de concentrés de spodumène, réussissant à récupérer plus de 95 % du lithium stocké dans le minéral. Le procédé est également une approche « en boucle fermée » qui recycle et réutilise le réactif chimique, contrairement aux méthodes conventionnelles qui génèrent des déchets différents à chaque étape.
L’astuce consistait à inverser les procédés familiers de l’hydrométallurgie — qui consistent à extraire les métaux des minerais — où « le silicate est normalement le plus récalcitrant à la dissolution et demeure le dernier composant à extraire », a expliqué Chiang. « Ici, on retourne ce schéma et on retire le silicate en premier lieu. Cela me pousse à me demander quels autres minéraux nous pourrions traiter de cette manière. »
Du concept à la réalité
Cela pourrait entraîner des changements importants pour l’industrie du lithium, écrivent Gangsan Lee et Karthish Manthiram, ingénieurs chimiques au California Institute of Technology (Caltech) qui n’ont pas participé aux travaux, dans un article de Perspective.
Par exemple, le procédé en boucle fermée élimine le besoin de grandes usines de traitement des déchets qui font grimper les coûts d’infrastructure. Parce qu’il fonctionne à basse température, il est plus facile de « l’intégrer avec des énergies renouvelables », ce qui est particulièrement pertinent alors que « les grandes mines de lithium en roche dure se situent à des emplacements géographiques offrant d’abondantes ressources solaires et éoliennes », ont-ils ajouté.
Ces avantages réduisent considérablement les obstacles à l’exploitation du lithium — répondant à « la demande croissante de lithium et à l’empreinte carbone qui mine la durabilité de la transition énergétique que le lithium est destiné à faciliter », ajoutent les ingénieurs de Caltech.
Cela dit, Chiang a déclaré à Gizmodo que le procédé doit encore être testé à l’échelle industrielle. L’équipe de recherche a fondé une spin-out, Rock Zero, pour se concentrer sur le lancement de démonstrations pilotes pour cette nouvelle méthode.
« L’extraction minière est essentielle à la technologie et donc à la société, mais elle est perçue négativement par une large part du public comme une industrie destructrice et polluante, parfois avec des raisons valables », a conclu Chiang. « Nous espérons contribuer à changer cette perception en montrant qu’il existe des façons plus propres et plus durables de le faire. »
