Di tengah kebutuhan lithium yang terus membesar untuk baterai, sebuah pendekatan baru dari MIT menawarkan jalan yang jauh lebih hemat energi. Alih-alih memanaskan batuan hingga suhu ekstrem, proses ini bekerja pada suhu rendah dan sekaligus menghasilkan produk samping yang masih bernilai.
Perubahan ini penting karena metode lama untuk mengolah spodumene, sumber lithium hard rock yang paling umum di dunia, selama ini bergantung pada pemanasan lebih dari 1.000 derajat Celsius sebelum masuk ke tahap asam dan bahan kimia lain. Rantai proses itu mahal, boros energi, dan ikut menghasilkan limbah dalam jumlah besar.
Membalik cara lama mengolah bijih
Dalam makalah di Science, tim yang dipimpin MIT menjelaskan proses tertutup yang mengekstrak garam lithium tingkat baterai dari spodumene tanpa pemanasan ekstrem. Pendekatan ini juga memulihkan alumina dan silika sebagai coproduct bernilai, bukan sebagai limbah yang harus dibuang.
Camden Hunt, penulis riset sekaligus mantan project manager di MIT’s Center for Electrification and Decarbonization of Industry, menilai kebutuhan global pada 2040 akan menuntut peningkatan produksi lithium dalam skala besar. Karena itu, timnya menargetkan tiga persoalan utama sekaligus, yakni panas ekstrem, limbah padat, dan tahapan pembersihan yang panjang.
Ide awalnya datang dari pengamatan yang tidak biasa dari Yet-Ming Chiang, ilmuwan material MIT. Ia melihat kemiripan antara spodumene yang kaya silika dan bahan etsa kaca berbasis ammonium fluoride, lalu tim membalik logika hidrometalurgi tradisional.
Bukan bagian mineral paling reaktif yang dilarutkan lebih dulu. Sebaliknya, campuran air dan ammonium fluoride dipakai untuk melarutkan matriks berbasis silika dari spodumene terlebih dahulu.
Berjalan pada suhu jauh lebih rendah
Proses itu 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 digunakan kembali, sementara amonia yang terbentuk membantu mengendapkan silika agar bisa dipisahkan.
Chiang menyebut pendekatan itu sebagai “nose-to-tail mining”. Dalam model ini, bijih tidak lagi diperlakukan semata-mata sebagai sumber satu logam, karena lithium, aluminium, dan silikon keluar sebagai aliran produk yang berbeda.
Setelah tahap ekstraksi, tim melanjutkan pemurnian untuk menghasilkan lithium fluoride terlebih dahulu. Senyawa itu kemudian diolah 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.
Produk samping yang ikut bernilai
Pemulihan aluminium juga menunjukkan hasil yang kuat. Tim memperoleh alumina dengan kemurnian 98,6 persen, sementara silika diarahkan ke industri semen sebagai bahan tambahan.
Silika hasil proses ini tidak dianggap limbah biasa. Dalam pengujian material, reaktivitas pozzolaniknya hampir dua kali lipat dibandingkan reference silica fumes.
Mortar yang dibuat dari silika tersebut juga mencatat kinerja tinggi. Kekuatan tekannya melampaui ordinary Portland cement sebesar 161 persen, jauh di atas syarat ASTM sebesar 105 persen.
Biaya dan energi yang ikut turun
Tim MIT tidak berhenti pada pembuktian di laboratorium. Mereka juga menjalankan analisis techno-economic untuk pabrik berkapasitas 30.000 ton per tahun lithium carbonate equivalent, jumlah yang cukup untuk sekitar 600.000 kendaraan listrik.
Hasil analisis itu menunjukkan biaya produksi total diproyeksikan sebesar $5.160 per ton lithium carbonate equivalent. Angka ini lebih rendah dibandingkan $8.890 per ton pada rute roasting asam sulfat yang kini umum dipakai.
Dari sisi energi, penurunannya juga besar. Konsumsi energi turun 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 bahkan bisa turun ke $3.900 per ton. Itu membuat proses ini tidak hanya lebih efisien, tetapi juga lebih menarik dari sisi ekonomi.
Masih perlu diuji di skala lebih besar
Tim juga menguji 17 feedstock spodumene berbeda, termasuk konsentrat berkadar rendah, bijih, dan tailings. Hasilnya tetap menunjukkan lebih dari 95 persen ekstraksi lithium.
Meski begitu, tantangan komersialisasi masih ada. Makalah itu mencatat feedstock komersial nyata sering mengandung lebih banyak pengotor yang dapat menghabiskan reagen tambahan atau memerlukan langkah pembersihan ekstra.
Untuk membawa teknologi ini lebih dekat ke industri, tim telah membentuk perusahaan Rock Zero bersama MIT Technology Licensing Office. Perusahaan itu kini berbasis di The Engine untuk membantu memperbesar skala proses.
Jika penerapannya berhasil melampaui laboratorium, cadangan hard-rock di Amerika Serikat, Australia, Eropa, dan wilayah lain bisa menjadi lebih menarik untuk diproses. Dengan panas lebih rendah, limbah lebih sedikit, dan hasil samping bernilai, pendekatan ini menawarkan cara baru memandang pemurnian lithium.
