La cadena de valor del litio chileno

De la salmuera a la batería de iones de litio

Como componente principal para la producción de baterías de iones de litio (BIL), que se utilizan tanto en los automóviles como en dispositivos eléctricos como teléfonos móviles u ordenadores, el litio es actualmente un recurso muy solicitado en todo el mundo. Según las proyecciones, la demanda de esta materia prima aumentará constantemente en los próximos años, sobre todo porque desempeña un papel fundamental en el contexto de la transición energética mundial. Iniciativas como la convocatoria nacional e internacional de litio, recientemente anunciada por el Ministerio de Minería de Chile, buscan impulsar la producción de litio y demuestran la relevancia de este elemento para Chile como país productor.

Sophie Lampert, practicante profesional en la AHK Chile

Durante mis prácticas profesionales en la AHK Chile, me he cruzado varias veces con el tema del litio y las oportunidades que conlleva para la cooperación entre Chile y Alemania. Sin embargo, cuando empecé a investigar el tema a más profundidad, me resultó difícil encontrar información detallada sobre la cadena de valor del litio y los procesos relacionados. Quería entender mejor cómo llega el litio chileno de la salmuera a nuestros smartphones y recopilé la información disponible acerca de los diferentes pasos. En este artículo voy a describir de manera simplificada los procesos más importantes dentro de la cadena de valor del litio de Chile hasta la BIL, dado que existen numerosos procesos paralelos, cuya consideración superaría el alcance de este artículo.

Al igual que la mayor parte del litio que se produce en el mundo, el mineral se extrae en Chile de las salmueras ubicadas en el Salar de Atacama en el norte del país, formando parte del llamado triángulo del litio (ver figura 1).

(Figura 1: El triángulo del litio (Fuente: United States Geological Survey (2018) en Maxwell & Mora (2020))

Al principio de todo proyecto minero está la exploración, en la cual se recopilan datos relevantes sobre el yacimiento. El primer nodo principal de la cadena de valor del litio en Chile es, por tanto, una estimación de recursos basada en pruebas, análisis químicos y plantas piloto. A menudo son pequeñas empresas extranjeras las que se encargan de ello, siendo los geólogos que analizan el proyecto en detalle. Después de que el yacimiento haya sido considerado apto para la extracción de recursos, el proyecto suele ser vendido a empresas más grandes. Todo este proceso es bastante extenso y puede durar entre dos y tres años.

El proceso de extracción posterior describe la explotación del recurso que se lleva a cabo en Chile por empresas mineras de litio como SQM (Chile) y Albemarle (EEUU). Existen diversos métodos para extraer el litio de las salmueras, pero la extracción por evaporación y precipitación es un procedimiento comúnmente descrito que dura entre uno y dos años. Esto implica romper o perforar la corteza de la salmuera para bombearla desde debajo de la corteza hacia estanques de evaporación al aire libre. Durante el proceso de evaporación impulsado por el sol y el viento, la salmuera de litio se condensa y su composición cambia. Este proceso también implica la evaporación gradual de la salmuera nativa y la precipitación de sales en diferentes estanques para mantener el volumen de salmuera. Una vez alcanzada la concentración óptima de litio, la salmuera concentrada se bombea a una planta de recuperación para eliminar las impurezas. A continuación, la salmuera se trata con carbonato de sodio, lo que da lugar a la precipitación de carbonato de litio (Li2CO3). Se trata de un polvo blanco que sirve como  producto intermedio en el mercado del litio y puede ser convertido en sales, productos químicos o metal de litio procesado. Junto con el hidróxido de litio y el cloruro de litio – otros compuestos de litio procesados – el carbonato de litio es uno de los principales componentes en la producción de BIL. Sirve como precursor de los materiales catódicos, es decir, el electrodo positivo de una batería. La figura 2 muestra una ilustración detallada de la extracción de litio por tecnología de evaporación. Sin embargo, los detalles individuales de este proceso difieren de una planta a otra y no siempre son revelados por las respectivas empresas.

(Figura 2: Extracción de litio de las salmueras (Fuente: Flexer et al., 2018))

El proceso de exportación vincula las etapas de la cadena de valor que se llevan a cabo en Chile con las del extranjero. Chile es el primer exportador mundial de carbonato de litio, el cual se exporta principalmente a Corea del Sur y Japón, seguido de China, Bélgica, Estados Unidos y Alemania. En contraste con el litio extraído de roca dura (p.ej. en Australia), el litio de las salmueras en forma de carbonato de litio puede ser utilizado directamente en los mercados finales.

La producción de las BIL puede simplificarse en tres pasos principales. El primer paso es la fabricación de electrodos, en el cual se producen varias bobinas de electrodos más pequeñas, las llamadas bobinas hijas.

Para el siguiente paso – el ensamblaje de célula – los ánodos, cátodos y las láminas de separación se desprenden de la bobina hija. A continuación, las BIL se ensamblan con material activo de cátodo y ánodo, así como con un separador y otros componentes, y se juntan en forma de cilindro, cubo o bolsa, se sellan y se llenan de electrolito.

El último paso es la formación, proceso de carga y descarga de la célula de la batería. Durante este proceso, se forman gases en el interior de la célula, que serán aspirados posteriormente. Como último paso, el envejecimiento pretende detectar cortocircuitos dentro de la célula. Si las propiedades de la célula no cambian significativamente en dos o tres semanas, la célula está bien y puede clasificarse en las respectivas clases de calidad.

Corea del Sur y Japón son los países líderes en la producción de celdas de BIL dentro de la cadena de valor del litio de Chile y fabricantes de electrodomésticos como Panasonic, LG Chem y Samsung operan su propia producción de celdas. Sin embargo, algunas empresas de la cadena de suministro, como los fabricantes de automóviles, suelen subcontratar la producción de células o utilizan Joint Ventures y filiales. Además, cada vez se crean más capacidades de fabricación de células en Europa, especialmente en Alemania. Para 2030, se espera una capacidad de producción de células de 260-650 GWh en Europa, de los cuales, según las previsiones, unos 80-270 GWh corresponderían a Alemania. Esto, a su vez, sería un 3-11 % de la capacidad de fabricación mundial (fuente: DERA, 2021).

Después del proceso de producción descrito, la BIL puede ser utilizada directamente en su aplicación final. La figura 3 resume de manera simplificada los nodos más importantes de la cadena de valor del litio de Chile: