Tiongkok mendominasi pasokan litium global. Negara ini memproses sekitar 65 persen bahan baterai dan telah memulai kembali pembatasan ekspor produk berbasis litium yang penting bagi perekonomian.
Untungnya, AS memiliki cadangan litium yang signifikan, terutama dalam bentuk air garam bawah tanah yang sangat besar di Arkansas selatan dan Texas timur. Namun memulihkan litium melalui teknik konvensional akan menjadi proposisi yang boros energi dan merusak lingkungan – jika memang menguntungkan.
Kini, startup Lithios, yang didirikan oleh Mo Alkhadra PhD ’22 dan Martin Z. Bazant, Ketua Profesor Teknik Kimia Chevron, sedang mengkomersialkan proses pemulihan litium baru yang disebut Ekstraksi Litium Tingkat Lanjut. Perusahaan menggunakan listrik untuk menggerakkan reaksi dengan bahan elektroda yang menangkap litium dari air garam asin, meninggalkan kotoran lainnya.
Lithios mengatakan prosesnya lebih selektif dan efisien dibandingkan teknik ekstraksi litium langsung lainnya yang sedang dikembangkan. Ini juga merupakan alternatif yang jauh lebih bersih dan hemat energi dibandingkan pertambangan dan kolam evaporasi tenaga surya yang digunakan untuk mengekstrak litium dari air asin bawah tanah di gurun tinggi Amerika Selatan.
Lithios terus menjalankan sistem percontohan yang mengekstraksi litium dari air garam di seluruh dunia sejak bulan Juni. Baru-baru ini perusahaan tersebut juga mengirimkan versi awal sistemnya ke mitra komersial untuk meningkatkan operasinya di Arkansas.
Dengan sebagian besar teknologi inti sistem modularnya telah tervalidasi, tahun depan Lithios berencana untuk mulai mengoperasikan versi yang lebih besar yang mampu memproduksi 10 hingga 100 ton litium karbonat per tahun. Dari sana, perseroan berencana membangun fasilitas komersial yang mampu memproduksi 25.000 ton lithium karbonat setiap tahunnya. Hal ini akan mewakili peningkatan besar dalam total produksi litium di AS, yang saat ini dibatasi kurang dari 5.000 ton per tahun.
“Ada dorongan besar baru-baru ini, dan terutama pada tahun lalu, untuk mengamankan pasokan litium dalam negeri dan melepaskan diri dari hambatan Tiongkok pada rantai pasokan mineral penting,” kata Alkhadra. “Kami memiliki cadangan litium dalam jumlah besar di AS, namun kami tidak memiliki alat untuk mengubah sumber daya tersebut menjadi nilai.”
Mengadaptasi suatu teknologi
Bazant menyadari perlunya pendekatan baru dalam menambang litium saat bekerja dengan perusahaan baterai melalui labnya di Departemen Teknik Kimia MIT. Kelompoknya telah mempelajari material baterai dan pemisahan elektrokimia selama beberapa dekade.
Sebagai bagian dari gelar PhD di laboratorium Bazant, Alkhadra mempelajari proses elektrokimia untuk pemisahan logam terlarut, dengan fokus menghilangkan timbal dari air minum dan mengolah air limbah industri. Saat Alkhadra semakin dekat dengan kelulusan, dia dan Bazant melihat aplikasi komersial yang paling menjanjikan untuk karyanya.
Saat itu tahun 2021, dan harga litium berada di tengah lonjakan bersejarah yang didorong oleh pentingnya logam dalam baterai.
Saat ini, litium terutama berasal dari pertambangan atau melalui proses penguapan lambat yang menggunakan bermil-mil kolam permukaan untuk memurnikan dan memulihkan litium dari air limbah. Keduanya boros energi dan merusak lingkungan. Mereka juga didominasi oleh perusahaan dan rantai pasokan Tiongkok.
“Banyak penambangan batuan keras dilakukan di Australia, namun sebagian besar batuan dikirim sebagai konsentrat ke Tiongkok untuk dimurnikan karena merekalah yang memiliki teknologinya,” jelas Bazant.
Metode ekstraksi litium langsung lainnya menggunakan bahan kimia dan filter, namun para pendirinya mengatakan metode tersebut sulit menghasilkan keuntungan dengan cadangan litium AS, yang memiliki konsentrasi litium rendah dan tingkat pengotor yang tinggi.
“Metode-metode tersebut berhasil jika Anda memiliki kadar air garam lithium yang baik, namun metode tersebut menjadi semakin tidak ekonomis ketika Anda mendapatkan sumber daya yang berkualitas rendah, dan hal inilah yang sedang dialami industri ini saat ini,” kata Alkhadra. “Proses evaporasi memiliki dampak yang sangat besar – kita berbicara tentang ukuran pulau Manhattan untuk satu proyek. Mudahnya, memulihkan mineral dari konsentrasi rendah tersebut adalah inti dari pekerjaan PhD saya di MIT. Kami hanya perlu menyesuaikan teknologi dengan kasus penggunaan baru.”
Saat melakukan pembicaraan awal dengan calon pelanggan, Alkhadra menerima bimbingan dari Venture Mentoring Service MIT, MIT Sandbox Innovation Fund, dan Massachusetts Clean Energy Center. Lithios resmi terbentuk ketika ia menyelesaikan PhD pada tahun 2022 dan menerima Activate Fellowship. Lithios tumbuh di The Engine, sebuah inkubator startup MIT, sebelum pindah ke fasilitas percontohan dan manufaktur mereka di Medford, Massachusetts, pada tahun 2024.
Saat ini, Lithios menggunakan bahan elektroda yang dirahasiakan yang dapat menempel pada litium ketika terkena tegangan yang tepat.
“Bayangkan sebuah baterai besar dengan air yang mengalir ke dalam sistemnya,” jelas Alkhadra. “Ketika air garam bersentuhan dengan elektroda-elektroda kami, air garam tersebut akan secara selektif menarik litium sekaligus menolak semua kontaminan lainnya. Saat litium telah dimasukkan ke dalam bahan penangkap kami, kami cukup mengubah arah arus listrik untuk melepaskan litium kembali ke aliran air bersih. Hal ini serupa dengan mengisi dan mengosongkan baterai.”
Bazant mengatakan bahan penyerap lithium dari perusahaannya sangat cocok untuk aplikasi ini.
“Salah satu tantangan utama dalam menggunakan elektroda baterai untuk mengekstrak litium adalah bagaimana melengkapi sistemnya,” kata Bazant. “Kami memiliki bahan ekstraksi litium hebat yang sangat stabil dalam air dan memiliki kinerja luar biasa. Kami juga mempelajari cara memformulasi kedua elektroda dengan pengangkutan dan pencampuran ion terkontrol untuk membuat prosesnya jauh lebih efisien dan berbiaya rendah.”
Tumbuh dalam ‘semangat MIT’
Survei Geologi AS tahun lalu menunjukkan Formasi Smackover bawah tanah mengandung antara 5 dan 19 juta ton litium di barat daya Arkansas saja.
“Jika Anda memperkirakan berapa banyak litium di wilayah tersebut berdasarkan harga saat ini, maka litium bernilai sekitar $2 triliun yang tidak dapat diakses,” kata Bazant. “Jika Anda dapat mengekstraksi sumber daya ini secara efisien, hal ini akan memberikan dampak yang sangat besar.”
Awal tahun ini, Lithios mengirimkan sistem percontohannya ke mitra komersial di Arkansas untuk lebih memvalidasi pendekatannya di wilayah tersebut. Lithios juga berencana untuk menggelar beberapa proyek percontohan dan percontohan tambahan dengan mitra besar lainnya di industri minyak dan gas serta pertambangan di tahun-tahun mendatang.
“Setelah penempatan di lapangan ini, Lithios akan segera mengembangkan pabrik percontohan komersial yang akan beroperasi pada tahun 2027, dengan tujuan untuk meningkatkan kapasitas fasilitas komersial menjadi kiloton per tahun sebelum akhir dekade ini,” kata Alkhadra.
Meskipun Lithios saat ini fokus pada litium, Bazant mengatakan pendekatan perusahaan juga dapat diterapkan pada material seperti unsur tanah jarang dan logam transisi di masa mendatang.
“Kami sedang mengembangkan teknologi unik yang dapat menjadikan AS sebagai pusat pemisahan mineral penting di dunia, dan kami tidak dapat melakukan hal ini di tempat lain,” kata Bazant. “MIT adalah lingkungan yang sempurna, terutama karena manusianya. Ada begitu banyak ilmuwan dan pebisnis hebat di ekosistem MIT yang sangat paham secara teknis dan siap terjun ke proyek seperti ini. Karyawan pertama kami semuanya adalah orang-orang MIT, dan mereka benar-benar membawa semangat MIT ke perusahaan kami.”
