Lithium menjadi bahan kunci ekonomi baterai, tetapi cara mengambilnya dari batuan keras masih terbilang kasar. Spodumene, sumber lithium hard rock yang paling umum di dunia, biasanya dipanaskan hingga lebih dari 1.000 derajat Celsius sebelum diproses lagi dengan asam dan bahan kimia lain.
Di titik itulah banyak energi terbuang dan limbah menumpuk. Proses lama ini juga ikut membuat lithium hard rock mahal, sekaligus menjaga dominasi China dalam pemurnian lithium meski negara seperti Amerika Serikat dan Australia memiliki cadangan besar.
Terobosan dari MIT
Kini, tim peneliti yang dipimpin MIT melaporkan cara berbeda untuk memecahkan bottleneck itu. Dalam makalah di Science, mereka menjelaskan proses bersuhu rendah dan tertutup yang mengekstrak garam lithium tingkat baterai dari spodumene sambil memulihkan alumina dan silika sebagai produk bernilai.
Pendekatan ini menargetkan masalah utama dalam pemurnian konvensional: panas ekstrem, limbah padat, dan rangkaian pembersihan yang panjang. Camden Hunt, penulis riset dan mantan project manager di MIT’s Center for Electrification and Decarbonization of Industry, mengatakan kebutuhan global pada 2040 akan menuntut pelipatan produksi lithium secara besar-besaran.
Cara kerjanya berbeda
Gagasan itu berawal dari pengamatan yang tidak biasa. Yet-Ming Chiang, ilmuwan material MIT, pernah mengingat bahan etsa kaca berbasis ammonium fluoride, lalu melihat kemiripannya dengan spodumene yang kaya silika.
Tim MIT membalik logika hidrometalurgi tradisional. Alih-alih melarutkan bagian mineral yang paling reaktif lebih dulu, mereka menggunakan campuran air dan ammonium fluoride untuk melarutkan matriks berbasis silika dari spodumene terlebih dahulu.
Proses ini berjalan terutama di bawah 100 derajat Celsius. Di laboratorium, mereka mereaksikan konsentrat spodumene dengan larutan ammonium bifluoride pada 60 hingga 80 derajat Celsius dan berhasil mengekstrak lithium sepenuhnya.
Limbah lebih sedikit, produk lebih banyak
Keunggulan lain datang dari desain proses yang bersifat sirkular. Bahan awal ammonium fluoride dan air dapat dipulihkan dan digunakan kembali, sementara amonia yang terbentuk ikut membantu mengendapkan silika agar bisa dipisahkan lagi.
Chiang menggambarkan sistem itu sebagai “nose-to-tail mining”, sebuah pendekatan yang tidak memperlakukan bijih sebagai sumber satu logam saja lalu sisanya dibuang. Dalam proses ini, lithium, aluminium, dan silikon keluar sebagai aliran produk yang berbeda.
Tim kemudian melanjutkan ke pemurnian produk. Mereka menghasilkan lithium fluoride lebih dulu, lalu mengolahnya menjadi lithium hydroxide dan lithium carbonate, dua bahan yang banyak dipakai dalam manufaktur baterai.
Lithium carbonate yang dihasilkan mencapai kemurnian 99 ± 0,6 persen. Itu memenuhi syarat battery-grade yang disebutkan dalam makalah.
Untuk aluminium, tim memulihkan alumina dengan kemurnian 98,6 persen. Silika juga tidak dibuang, melainkan diarahkan ke industri semen sebagai bahan tambahan.
Kinerja yang menjanjikan
Silika hasil proses ini menunjukkan performa yang kuat dalam uji material. Menurut makalah, reaktivitas pozzolaniknya hampir dua kali lipat dibandingkan reference silica fumes.
Mortar yang dibuat dari silika tersebut melampaui kekuatan tekan ordinary Portland cement sebesar 161 persen. Angka itu jauh di atas syarat ASTM sebesar 105 persen.
Tim juga tidak berhenti di skala kecil. Mereka menjalankan analisis techno-economic untuk pabrik penuh dengan kapasitas 30.000 ton per tahun lithium carbonate equivalent, cukup untuk sekitar 600.000 kendaraan listrik.
Hasilnya cukup mencolok. Biaya produksi total diproyeksikan sebesar $5.160 per ton lithium carbonate equivalent, dibandingkan $8.890 per ton untuk rute roasting asam sulfat yang berlaku saat ini.
Konsumsi energi juga turun tajam, dari 254 gigajoule per ton lithium carbonate equivalent pada rute hard rock konvensional menjadi 57 gigajoule pada proses baru ini. Jika nilai alumina dan silika coproduct dihitung penuh, biaya bersihnya bisa turun ke $3.900 per ton.
Masih ada tantangan skala
Para peneliti menguji 17 feedstock spodumene berbeda, termasuk konsentrat kadar rendah, bijih, dan tailings. Hasilnya tetap menunjukkan lebih dari 95 persen ekstraksi lithium.
Namun, tantangan komersialisasi belum hilang. Makalah itu mencatat feedstock komersial nyata sering mengandung lebih banyak pengotor yang dapat menghabiskan reagen tambahan atau memerlukan langkah pembersihan ekstra.
Meski begitu, tim sudah melangkah ke tahap berikutnya. Bersama MIT Technology Licensing Office, mereka membentuk perusahaan Rock Zero yang kini berbasis di The Engine untuk membantu memperbesar skala proses ini.
Jika berhasil diterapkan di luar laboratorium, proses ini bisa membuat cadangan hard-rock di Amerika Serikat, Australia, Eropa, dan wilayah lain lebih menarik. Dengan lebih sedikit panas, lebih sedikit limbah, dan lebih banyak hasil samping bernilai, cara ini berpotensi mengubah ekonomi pemurnian lithium.