Lithium selama ini menjadi tulang punggung ekonomi baterai, tetapi cara mengambilnya dari batuan keras masih mahal dan boros energi. Kini, tim peneliti yang dipimpin MIT melaporkan pendekatan baru yang mengekstrak lithium tanpa perlu pemanasan ekstrem, sekaligus menghasilkan produk samping bernilai.
Proses lama untuk spodumene, sumber lithium hard rock paling umum di dunia, biasanya memanaskan material hingga lebih dari 1.000 derajat Celsius sebelum masuk tahap asam dan bahan kimia lain. Rantai pemrosesan itu menghabiskan banyak energi, menumpuk limbah, dan ikut mempertahankan dominasi China dalam pemurnian lithium meski Amerika Serikat dan Australia memiliki cadangan besar.
Pendekatan yang membalik logika lama
Dalam makalah di Science, tim MIT menjelaskan proses bersuhu rendah dan tertutup yang mengekstrak garam lithium tingkat baterai dari spodumene. Proses itu juga memulihkan alumina dan silika sebagai coproduct bernilai, bukan sebagai limbah.
Pendekatan ini menargetkan tiga masalah utama dalam pemurnian konvensional, yaitu panas ekstrem, limbah padat, dan tahapan pembersihan yang panjang. Camden Hunt, penulis riset dan mantan project manager di MIT’s Center for Electrification and Decarbonization of Industry, menilai kebutuhan global pada 2040 akan menuntut pelipatan produksi lithium secara besar-besaran.
Ide awalnya datang dari pengamatan yang tidak biasa. Yet-Ming Chiang, ilmuwan material MIT, melihat kemiripan antara spodumene yang kaya silika dan bahan etsa kaca berbasis ammonium fluoride.
Tim MIT lalu membalik logika hidrometalurgi tradisional. Alih-alih melarutkan bagian mineral yang paling reaktif terlebih dahulu, mereka memakai campuran air dan ammonium fluoride untuk melarutkan matriks berbasis silika dari spodumene lebih dulu.
Berjalan pada suhu jauh lebih rendah
Proses ini berlangsung terutama di bawah 100 derajat Celsius. Di laboratorium, tim mereaksikan konsentrat spodumene dengan larutan ammonium bifluoride pada 60 hingga 80 derajat Celsius dan berhasil mengekstrak lithium sepenuhnya.
Desainnya juga dibuat sirkular. Bahan awal ammonium fluoride dan air dapat dipulihkan untuk dipakai kembali, sementara amonia yang terbentuk membantu mengendapkan silika agar bisa dipisahkan.
Chiang menyebut konsep itu sebagai “nose-to-tail mining”. Dalam pendekatan ini, bijih tidak hanya diperlakukan sebagai sumber satu logam, karena lithium, aluminium, dan silikon keluar sebagai aliran produk yang berbeda.
Setelah itu, tim melanjutkan 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. Angka itu memenuhi syarat battery-grade yang disebutkan dalam makalah.
Limbah yang berubah jadi produk bernilai
Untuk aluminium, tim memulihkan alumina dengan kemurnian 98,6 persen. Silika juga tidak dibuang, melainkan diarahkan ke industri semen sebagai bahan tambahan.
Silika hasil proses ini menunjukkan kinerja kuat dalam pengujian 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. Capaian itu juga jauh di atas syarat ASTM sebesar 105 persen.
Efisiensi biaya dan energi ikut turun
Tim tidak hanya berhenti pada skala laboratorium. 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 menunjukkan biaya produksi total diproyeksikan sebesar $5.160 per ton lithium carbonate equivalent. Angka itu lebih rendah dibandingkan $8.890 per ton pada 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 jalan menuju skala industri
Para peneliti menguji 17 feedstock spodumene berbeda, termasuk konsentrat berkadar 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 bergerak 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, pendekatan ini bisa membuat cadangan hard-rock di Amerika Serikat, Australia, Eropa, dan wilayah lain menjadi lebih menarik. Dengan panas lebih rendah, limbah lebih sedikit, dan hasil samping bernilai, proses baru ini berpotensi mengubah ekonomi pemurnian lithium.
