El litio es un elemento químico con número atómico 3 en el sistema periódico de elementos químicos de Mendeléiev. Ello significa que es muy ligero, de modo que su densidad es la mitad de la del agua. Se trata de un metal blando y de color blanco, muy reactivo, por lo que no se encuentra libre en la naturaleza, estando siempre formando sales que le dan estabilidad (cloruro de litio, bromuro de litio, nitrato de litio, oxido de litio o en combinaciones con azufre). Al igual que otros metales alcalinos, el litio puro es altamente inflamable y ligeramente explosivo por lo que se requiere del empleo de medios adecuados para su manipulación.

Fue descubierto por Johann Arfvedson en el año 1817 en la isla Uto, en Suecia. En ese entonces no se le dio gran importancia ya que no se vislumbraba ninguna utilidad práctica para él, pero poco a poco se fueron encontrando y desarrollando las más diversas e inimaginables aplicaciones, desde usos médicos hasta la fabricación de baterías recargables para equipos electrónicos e incluso automóviles. Ello explica que su extracción y comercialización durante los últimos años se haya estado incrementado en forma exponencial. A nivel mundial, se ha pasado de una producción de 200 mil toneladas de litio en el 2002, a más de 600 mil toneladas en el 2013 (ver gráfico), lo que en igual período se ha traducido en un incremento sustantivo de su precio: desde 450 dólares la tonelada, a más de 3000 dólares en la actualidad (2015).

Por el hecho de ser el tercer elemento de la tabla periódica, junto al hidrógeno y el helio, se puede concluir que fue unos los pocos elementos que nacieron directamente ya en el momento mismo de big bang, formando parte de la sopa caliente de protones y neutrones que se conjugaban en aquel momento. Todos los demás, de mayor peso molecular, se fueron sintetizando posteriormente a través de fusiones nucleares o durante estallidos de supernovas (El nacimiento del universo).

Sus diferentes usos

El primer uso, a comienzos del siglo XX, fue como producto farmacéutico, para el tratamiento de la depresión (Como actúa el litio en la depresión) y el síndrome bipolar (El litio en la enfermedad maniaco-depresiva). Desde un comienzo se comenzó a utilizar empíricamente, ya que no se sabía de cómo y por qué actuaba.

Ahora se investiga su posible mecanismo de acción, tanto en el intercambio de electrolitos en el canal sináptico neuronal, como en la bomba sodio-potasio de la pared neuronal y también en la regulación de los diversos neurotransmisores, sin haber llegado a una conclusión definitiva. Pero lo que sí está claro, es su efectividad en el tratamiento de varios trastornos psicológicos, especialmente cuando se usa en forma de bicarbonato de litio.

Posteriormente fueron conociéndose diversas peculiaridades de este metal, con lo que se han ido conociendo posibles aplicaciones en los más diversos procesos tecnológicos. Así por ejemplo, por su elevado calor específico, se ha comenzado a emplear en las tecnologías de transferencia de calor. Por ello el estearato de litio ha pasado a ser un lubricante único para cuando se necesita trabajar en condiciones de altas temperaturas (el hidróxido de litio es el agente espesante más utilizado en grasas multipropósito para la lubricación automotriz e industrial). A su vez por su gran capacidad térmica, ha posibilitado su uso en centrales atómicas, dado el enorme calor que allí se genera a consecuencia de la desintegración de los núcleos. Además el cloruro y el bromuro de litio son excelentes secantes. El segundo, entre otros compuestos, se emplea en bombas de calor de contracción. Del mismo modo el litio ha llegado a ser un agente ampliamente empleado en la síntesis de compuestos orgánicos que se usan para la coordinación de ligandos mediante intermediarios litiados. También el hidróxido de litio se le utiliza en las naves espaciales y submarinos para depurar el aire extrayéndole el dióxido de carbono. Más importante es que ha pasado a ser un componente común en las aleaciones de aluminio, cadmio, cobre, y manganeso, todas ellas empleadas en la construcción aeronáuticas. La adición de un 3% de litio al aluminio produce una fase metálica mucho más resistente y liviana que las aleaciones de acero y titanio, comúnmente empleadas en la industria aeronáutica, lo que por ser mucho más liviano está permitiendo ahorrar sumas substanciales de combustible. Del mismo modo se ha empleado con éxito en la fabricación de cerámicas y lentes. Ejemplo de ello es el telescopio de 5.08 metros de diámetro en Monte Palomar (USA). Por último el carbonato de litio es un componente clave en la formulación de vidrio cerámico utilizado en encimeras de cocina y en los vidrios de estufas y hornos, reduciendo el coeficiente de expansión térmica del vidrio, por lo que este se hace resistente a altas temperaturas. Más a largo plazo, se piensa que si en el futuro fuera posible lograrse la producción de energía por fusión termonuclear controlada de deuterio y tritio, el litio pasaría a ser un elemento importante, dado que la existencia de tritio es muy escasa y una forma de llegar a él, es producirlo a partir de dos moléculas de litio en el mismo reactor de fusión. En este caso la demanda del litio aumentaría entre 30 a 40 veces con respecto al consumo actual (Renacen las esperanzas en la energía de fusión). En resumen tres son las principales utilizaciones del litio: las baterías, las aleaciones de litio-aluminio y su empleo como alimentador en la producción de tritio para los posibles futuros reactores de fusión nuclear.

Por ahora, ya son muchas y variadas las industrias que están utilizando las sales de litio: Industrias de aluminio, producción de cerámicas, producción de grasa lubricantes, fabricación de diversos productos químicos, industrias de extractores de aire, equipos de deshumedificación, industrias de aire acondicionado, fabricación de caucho sintético, pilas, baterías y varios otros.

Pilas y baterías de litio

Dentro de todas las aplicaciones, sin duda que la más importante, se relacionan con sus aplicaciones energéticas. Es así como por su elevado potencial electroquímico y su bajo peso, se ha masificado su uso como cátodos en pilas y baterías para instrumentos electrónicos portátiles, como computadoras, teléfonos móviles, cámaras digitales y otros muchos dispositivos electrónicos portátiles. Ellas son más duraderas y confiables, y desarrollan un mayor potencial eléctrico que las baterías convencionales basadas en otros materiales. Ellas permiten mantener mayores corrientes eléctricas y por más largos períodos de tiempo. Como el ion litio tiene un tamaño extremadamente pequeño y es el más liviano de todos los metales, ha permitido reducir al mínimo su masa. Debido a su configuración electrónica, es el elemento que tiene un potencial electrónico más alto. Es decir, es capaz de almacenar mucha carga eléctrica en una pequeña masa y por mucho tiempo, por lo que proporciona un alto voltaje (La tecnología del litio y su disponibilidad en nuestro país). Finalmente las baterías de Litio presentan un mínimo, o carecen totalmente del llamado "efecto memoria", que afecta a muchas otras baterías (las baterías portátiles que se cargan continuamente y no se les permite descargarse por completo, acaban perdiendo su habilidad para volverse a cargar por completo y terminan fallando. A esto se llama "efecto memoria", problema que no tiene la batería de litio).

Dadas las ventajas señaladas ellas están siendo el sueño de la industria automovilística, pensando que los automóviles podrían prescindir del motor de combustión, de baja eficiencia y altamente contaminante, reemplazándolo por un motor eléctrico. Aun cuando persisten problemas para su uso masivo, en los últimos años ha habido avances importantes que están comenzando a convertir el sueño en una realidad (Las baterías de litio para los automóviles). Ya es posible que con una batería cargada, ubicada en la maleta del automóvil, o bajo el chasis, permita al vehículo recorrer 500 kilómetros de distancia, para luego volver a recargarla, ya sea en la casa, conectándola durante 5 horas, o en una estación de servicio, diseñada para que durante 20 minutos logre una carga completa. Ya las actuales baterías de ion-litio pueden durar más de 3000 ciclos de carga-descarga.

La fábrica Testa Motor de Estados Unidos, ha diseñado diversos modelos de automóviles eléctricos con unidades de baterías instalada bajo el chasis con lo que consigue además, por el sobre peso, bajar el centro de gravedad del coche. Estos motores son de tal potencia que se puede acelerar de 0 a 100 kilómetros por hora en 5.8 segundos. Según los fabricantes, ya hay más de 50.000 vehículos Testa Motor circulando en el mundo (año 2015). Ya son numerosas las industrias automotrices del mundo que están fabricando automóviles eléctricos (Toyota, Honda, Mitsubishi, Audy, Chevrolet etc.). Otras firmas ya han decidido iniciar la construcción de automóviles eléctricos, como la fábrica Porsche de Alemania que acaba de dar luz verde a un nuevo automóvil deportivo 100% eléctrico, el Mission E, con una autonomía de 500 kilómetros. Llegará al mercado a finales de la década y para ello ya ha decidido invertir 1000 millones de euros en la construcción de una nueva sede en Zuffenhausen, donde se construirá un nuevo taller. En lo que va del año 2015, ya se han vendido en el mundo más de 2 millones de automóviles eléctricos. Una suma de baterías de litio-ion para un automóvil, pesa aproximadamente 450 kilos. Asumiendo que en cada set hay 200 kilos de litio y asumiendo que en un futuro muy cercano se estarían produciendo cinco millones de autos por año, el mercado requeriría para este rubro un millón de toneladas de litio por año. No sólo la industria automovilística está interesada en el cambio, sino aún más lo están los ecologistas y científicos, dado la amenaza del cambio climático y el consiguiente incremento de la temperatura debido al exceso de consumo de combustibles fósiles.

¿Dónde está el litio?

El litio está escondido en las entrañas de la Tierra. Según los geólogos, ha sido la actividad volcánica la que mediante la magna lo ha expulsado a la superficie especialmente en las zonas de volcanes. Ello ha estado ocurriendo desde los últimos 25 mil millones de años. Han sido las lluvias y los drenajes de los ríos los que muchas veces lo han vuelto a arrastrar y sepultar. Sin embargo en algunas áreas ello no ha ocurrido, ya sea porque allí no ha llovido o porque el agua se evapora rápidamente y no ha permitido desarrollar un drenaje, permaneciendo allí en la superficie más allá del tiempo. Tales circunstancias han ocurrido en el norte de Chile, en Bolivia y el norte de Argentina, constituyendo lo que se ha llamado "el triángulo del litio", ubicado en la zona de los Andes. Allí, como resultado de una geología única, las sales de litio se encuentran depositadas, y mezcladas en salares. El salar de Atacama de Chile, el salar de Uyuni en Bolivia y el salar del Hombre Muerto en Argentina. Se estima que allí se encuentran aproximadamente entre el 50 y 85% de las reservas mundiales de este mineral, formando una salmuera rica en litio.

También en otras partes del mundo existe el litio pero en profundidad e incrustado en rocas, como en el norte de México y en el este de Australia. Cavar y romper rocas es mucho más costoso que extraerlo en altas concentraciones de salmueras, como sales, como es el caso de los salares del triángulo del litio (Atacama, Uyuni y Hombre Muerto). También el litio se ha encontrado en pequeños bolsones en el oeste de Estados Unidos y en el Tíbet y también probablemente en Afganistán. La diferencia está en la concentración del material, que en el salar de Atacama es diez veces mayor que los depósitos salinos en Estados Unidos u otras halladas en otras regiones (El litio, desarrollo irrenunciable para Chile).

Quienes extraen litio

Las minas en Greenbushes del norte de Australia han sido las primeras en abastecer el mercado y aún su volumen de producción ocupa el primer lugar, seguidas por las del salar de Atacama en Chile, como segundo lugar. En menor proporción, el salar del Hombre Muerto en Argentina.

Recientemente (agosto 2015) la firma Tesla Motors, la primera en fabricar automóviles eléctricos, ha firmado un contrato con México y pretende llegar a extraer a futuro, 50.000 toneladas de hidróxido de litio, que se encuentra depositado en arcillas, con el objeto de utilizarlo en la fabricación de baterías de sus automóviles eléctricos.

En la actualidad, en el salar de Atacama, con una geología única, dada por numerosos volcanes de los andes y por ser el lugar más seco y desértico del mundo, han permanecido en superficie los mayores depósitos de litio. En la actualidad están operando dos grandes empresas: Rockwood Lithium, subsidiaria de Albemarle, el gigante químico de Norte América y Soquimich (SQM), una empresa chilena. Allí el litio se encuentra en la superficie, formando parte de una salmuera, como cloruro de litio, del cual es fácilmente removible para convertirlo en carbonato de litio, por lo cual los costos de producción en SQM son la tercera parte con respecto a los de Estados Unidos. El producto final se deposita en piscinas que contienen un líquido que contienen un 6% de litio, la más alta concentración posible antes que la solución se sature y el cloruro de litio comience a formar conglomerados duros. En el caso de Rockwood, este líquido se carga en camiones tanques que lo llevan a las plantas de procesamiento. Para esta industria, al término del proceso final está produciendo anualmente 28.000 toneladas de carbonato de litio (grado batería). Junto con ello se produce también cloruro de litio, cloruro de potasio y cloruro de magnesio.

En SQM, tratan diez veces más salmueras que Rockwood, y su producto principal es cloruro de potasio que como fertilizante, para el cual existe una amplia demanda. El litio emerge del proceso como subproducto, sobrepasando la producción de Rockwood por unas pocas miles de toneladas anuales. Para su explotación Rockwood cuenta con 3.344 pertenencias en el salar de Atacama, mientras que SQM posee 16.384 pertenencias en el mismo salar. Actualmente SQM piensa invertir 52 millones de dólares para incrementar la producción de carbonato de litio y llegar a una producción de 48.000 toneladas anuales de carbonato de litio, útil para fabricación de baterías.

Recientemente la empresa Albemarle Corporation, con sede en Louisiana, Estados Unidos, adquirió el 100% de Rockwood Lithium, en 5.600 millones de dólares, lo que le permitió quedarse inmediatamente con el tercer lugar a nivel mundial de producción de litio. El primero lo ostenta la australiana Talison y le sigue SQM.

El salar del Hombre Muerto pertenece a la empresa FMC Lithium Corp de Estado Unidos. Allí un litro de salmuera contiene entre 0.7 a 0.8 gramos de litio. Las instalaciones, aunque están diseñadas para producir 18.000 toneladas, aún no han alcanzado esta cantidad. En la actualidad tanto el litio producido en Atacama, como el de Hombre Muerto, son embarcadas por el puerto de Antofagasta con destino principalmente Rotterdam en Holanda, o Guangzhou en China, donde la materia prima "litio" se utiliza principalmente en la producción de baterías para automóviles.

Mientras tanto el salar Uyuni en Bolivia, a una altura de 3800 metros en los Andes, contiene en amplias extensiones, más litio que cualquier otro lugar del mundo. Pero a diferencia del salar de Atacama, está en menor concentración y se encuentra como sal de azufre, que es más difícil separarlo que en la combinación de cloruro de litio, para llegar en un etapa posterior a carbonato de litio, el producto adecuado para baterías. Los procesos de producción están en manos del gobierno boliviano en una etapa de preparación para iniciar su producción y comercialización (Hal Hodson: Lithium dreams. New Scientist, Octubre 17, 2015, pag 38-41).

El litio, una oportunidad

Sin duda que en el caso de Chile, no puede dejar de aprovechar este regalo geológico, fácilmente extraíble y altamente demandado a nivel mundial. No basta extraerlo, sino también procesarlo hasta las muy diversas formas y productos que actualmente el mercado lo está demandando, especialmente por sus aplicaciones energéticas. Las experiencias pasadas, del salitre y luego del cobre, ya mostraron como esas ventajas geológicas fueron desaprovechadas, cuando pudieron haber sido fundamentales en el desarrollo económico y social para alcanzar la mejoría de la calidad de vida de todos. (El litio. La tercera oportunidad para Chile).

Son muchos los procesos industriales que ya requieren de litio, y es allí donde está la oportunidad: entregar al mercado productos elaborados en la cual el litio es un componente fundamental, no olvidando que como producto minero, es un recurso agotable. Ya se está atrasado por carecer de la capacidad de investigación básica y aplicada necesaria para lograr una mayor utilización, lo que necesariamente lleva tiempo desarrollar. Mientras tanto y como alternativa, está la posibilidad de asociarse con empresas extranjeras o nacionales que tengan la posibilidad cierta de lograrlo. Dos son las razones para atraerlas: Chile posee las más grandes reservas de litio del mundo, con un costo de producción de un tercio en relación a los costos de Estados Unidos. Ello es una oportunidad que Chile no puede dejar de aprovechar para reiniciar el proceso de crecimiento económico que llevaba durante las últimas dos décadas (Chile y la trampa de los países de ingreso medio) ¡Ahora y no cuando el litio se haya agotado o cuando ya no se necesite! (Celda de Combustible: la energía del futuro).