Par le Dr Jiayi Cen, analyste technologique chez IDTechEx.

L’extraction directe du lithium (DLE) est un ensemble émergent de technologies visant à remédier aux limites de la méthode conventionnelle d’extraction du lithium par évaporation à partir de saumures. Ces techniques promettent des temps d’extraction plus rapides et des rendements plus élevés, ce qui pourrait élargir la gamme des ressources de saumure utilisables dans divers lieux géographiques. À mesure que la demande mondiale de lithium augmente et que les paysages réglementaires changent, le rôle de DLE dans la chaîne d’approvisionnement en batteries en évolution mérite d’être examiné de plus près. Le rapport d’IDTechEx, « Direct Lithium Extraction 2025-2035 : Technologies, Players, Markets and Forecasts », prévoit que DLE perturbera le marché de l’extraction de saumure, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 19,6 %, ce qui en fait le segment à la croissance la plus rapide de l’industrie. En revanche, le marché mondial du lithium devrait se développer à un TCAC de 9,7 % entre 2025 et 2035.

DLE pour étendre la viabilité de l’extraction du lithium

Les ressources de saumure de lithium existent sous diverses formes, les saumures continentales étant la source la plus courante et actuellement exploitée. Ces gisements comprennent des lacs/plaines salées et se trouvent principalement dans le « triangle du lithium » – couvrant des régions de Bolivie, du Chili et d’Argentine. Le Salar d’Atacama au Chili, où opèrent les principaux producteurs de lithium comme SQM et Albemarle, est un exemple de ce type de ressource. Récemment, l’extraction du lithium à partir de saumures géothermiques et de champs pétrolifères a fait l’objet d’une attention accrue, grâce au développement de DLE. La viabilité de l’extraction du lithium à partir de ces gisements de saumure dépend de plusieurs facteurs. Bien que la concentration (ou la teneur) du lithium soit un déterminant clé, des variables telles que la teneur en impuretés, le pH et la température ne peuvent être ignorées. La méthode conventionnelle d’extraction du lithium à l’aide de bassins d’évaporation a des exigences de qualité de saumure plus strictes. Il cible les saumures à forte concentration de lithium et à faible teneur en impuretés, comme celles que l’on trouve dans le Salar de Atacama au Chili et le Silver Peak dans le Nevada, aux États-Unis. Cependant, les technologies DLE pourraient être en mesure d’élargir la gamme de ressources de saumure viables, permettant l’extraction du lithium à partir de saumures à faible teneur et/ou à forte teneur en impuretés.

Pour libérer le potentiel des saumures de lithium, des recherches et des tests approfondis sont menés sur les technologies DLE. La diversité des ressources de saumure de lithium nécessite le développement de processus personnalisés, ainsi que des tests approfondis, afin de déterminer les opportunités d’investissement les plus prometteuses et les plus viables. Six classes distinctes de méthodes DLE ont émergé, et elles sont à différents stades de développement. Le DLE basé sur l’adsorption a reçu le plus d’attention, comme en témoigne le plus grand nombre d’entreprises et de projets dédiés à cette approche. L’adsorption DLE utilise des réactifs à base d’aluminium pour capturer le lithium et l’eau afin de libérer des sels de lithium, généralement du chlorure de lithium. Ce procédé est efficace dans les saumures à forte salinité, où les ions lithium sont faiblement hydratés/stabilisés. En conséquence, ces ions lithium, associés à des anions correspondants tels que le chlorure, sont transportés de manière sélective vers le matériau absorbant. Lorsque le sorbant chargé de lithium est lavé avec de l’eau, un excès de molécules d’eau libres devient disponible pour les ions lithium, ce qui permet aux ions lithium d’être fortement hydratés/stabilisés en solution. Cela facilite la libération des sels de lithium du sorbant, ce qui entraîne la production de solutions de sels de lithium. Ce processus nécessite un volume d’eau élevé. Pour réduire la consommation globale d’eau, des techniques de recyclage de l’eau sont souvent utilisées au prix d’une consommation d’énergie accrue. Cette situation crée un compromis entre la consommation d’eau et la consommation d’énergie. Atteindre des indicateurs de consommation d’eau durables peut donc être une entreprise coûteuse.

L’échange d’ions DLE est la deuxième technologie la plus avancée dans le domaine. Cette technologie utilise généralement des réactifs à base de manganèse ou de titane pour capturer le lithium et libère des sels de lithium (par exemple, du chlorure de lithium ou du sulfate de lithium) par lavage avec un acide, tel que l’acide chlorhydrique, pour le sel de chlorure de lithium. L’un des principaux avantages du DLE par échange d’ions est sa capacité à extraire le lithium des saumures de qualité inférieure et à produire des solutions avec des concentrations de lithium plus élevées que celles du DLE par adsorption. Par conséquent, le besoin de séparation de l’eau et la concentration de saumure peuvent être inférieurs à ceux de l’ALE par adsorption. Cependant, l’utilisation d’acides présente des défis, tels que la logistique de l’approvisionnement et du transport des acides vers les sites d’extraction s’ils ne sont pas produits sur place. De plus, les performances à long terme des matériaux échangeurs d’ions nécessitent une surveillance en raison d’un taux de dégradation et de dissolution potentiellement plus rapide dans l’acide. Contrairement à l’ELD par adsorption, le DLE par échange d’ions n’a pas encore été prouvé commercialement. Son rendement et sa viabilité économique doivent être améliorés davantage pour être commercialisés. Les acteurs du DLE, tels que Standard Lithium et Controlled Thermal Resources, ont privilégié le DLE par adsorption plutôt que le DLE à échange d’ions afin d’éviter les complexités associées à l’utilisation d’acides.

Le développement d’autres classes de technologies DLE a généralement été à la traîne par rapport à l’adsorption et à l’échange d’ions. L’extraction par solvant DLE fonctionne en dissolvant sélectivement le lithium des saumures dans des solvants. Cette approche utilise généralement des systèmes de solvants à plusieurs composants comprenant des agents d’extraction, des co-extractants et des solvants en vrac. Bien que l’extraction par solvant se soit révélée prometteuse dans la production de solutions de lithium de haute pureté, elle reste sous-développée, avec seulement quelques acteurs actifs comme Adionics et Ekosolve. L’activité limitée dans ce domaine peut être en partie attribuée à des facteurs tels que le manque d’extracteurs de lithium efficaces et une compréhension limitée de l’optimisation des processus pour atteindre une sélectivité et une efficacité d’extraction élevées du lithium.

Les technologies membranaires offrent des solutions polyvalentes pour récupérer le lithium à partir des saumure. Ces technologies peuvent être classées en processus à pression, thermiques et électriques. Alors que certaines technologies membranaires, telles que l’osmose inverse et la distillation membranaire, sont principalement utilisées pour la séparation de l’eau dans les flux de travail DLE, d’autres, comme l’électrodialyse sélective et la nanofiltration, peuvent réaliser l’extraction du lithium. Développées à l’origine pour le traitement de l’eau et le dessalement, ces technologies nécessitent une adaptation pour la séparation du lithium dans les saumures salées afin de relever des défis tels que l’entartrage et l’encrassement des membranes. La nature non sélective du lithium de nombreuses membranes nécessite souvent des étapes de purification supplémentaires pour obtenir un flux de lithium de haute pureté. Les membranes sélectives au lithium, en revanche, restent en grande partie en phase de développement en laboratoire. Des défis tels que la stabilité chimique et l’évolutivité doivent être surmontés pour une utilisation pratique. Les DLE électrochimiques et chimiques sont principalement en phase de recherche en laboratoire et nécessitent un développement supplémentaire avant de pouvoir être mis à l’échelle pour la production commerciale.

Extraction du lithium sur mesure : le DLE de type adsorption ouvre la voie

Les technologies DLE peuvent varier considérablement, certaines étant plus énergivores, tandis que d’autres peuvent nécessiter des quantités plus élevées de réactifs. Leur efficacité et leur profil de coût peuvent également différer en fonction de la composition de la saumure et de la situation géographique. Le flux de travail et l’équipement globaux de récupération du lithium sont souvent adaptés à la ressource en question. Cependant, les entreprises se tournent vers les méthodes DLE basées sur l’adsorption. Cette préférence est probablement motivée par plusieurs facteurs : l’adsorption est la technologie DLE la plus comprise et actuellement la seule éprouvée commercialement. Il nécessite également une utilisation minimale/nulle de produits chimiques. L’adsorption DLE devrait dominer le marché au cours des 5 à 10 prochaines années.

Le rapport d’IDTechEx sur l’extraction directe du lithium fournit une analyse approfondie des technologies DLE, y compris des analyses SWOT de diverses méthodes et des études de cas d’acteurs clés de l’industrie. Pour plus d’informations sur les tendances technologiques en matière de DLE, le potentiel commercial et les cadres réglementaires dans les pays possédant d’importants gisements de saumure de lithium, veuillez consulter le rapport « Direct Lithium Extraction 2025-2035 : Technologies, Players, Markets and Forecast ». Des exemples de pages téléchargeables sont disponibles pour ce rapport.

Pour le portefeuille complet d’études de marché sur les batteries et le stockage d’énergie disponibles auprès d’IDTechEx, veuillez consulter www.IDTechEx.com/Research/ES.

Prochain webinaire gratuit

Libérer le potentiel de la saumure de lithium : le rôle de l’extraction directe du lithium

Le Dr Jiayi Cen, analyste technologique chez IDTechEx et auteur de cet article, présentera un webinaire gratuit sur le sujet le mercredi 25 septembre 2024 – Libérer le potentiel de la saumure de lithium : le rôle de l’extraction directe du lithium.

Le webinaire fournira :

• Extraction et extraction du lithium : principes fondamentaux et pratiques actuelles
• Extraction directe du lithium (DLE) : un aperçu complet
• Technologie DLE à base de sorbant : exploration approfondie
• Évolution des modèles d’affaires sur le marché des DLE
• Références en matière de durabilité et de coûts pour les méthodes d’extraction du lithium
• Perspectives du marché du lithium : moteurs, défis et tendances émergentes en matière de DLE

À propos d’IDTechEx

IDTechEx fournit des recherches indépendantes fiables sur les technologies émergentes et leurs marchés. Depuis 1999, nous aidons nos clients à comprendre les nouvelles technologies, leurs chaînes d’approvisionnement, les exigences du marché, les opportunités et les prévisions.

Pour plus d’informations, contactez research@IDTechEx.com ou visitez www.IDTechEx.com.