Innovation: Lithium-Gewinnung aus Thermalwasser
Das Leichtmetall Lithium ist für die Energiewende unverzichtbar. Doch die Ressourcen an Land sind begrenzt, der Abbau ist aufwendig und kostspielig. Forschende haben nun jedoch eine vielversprechende Methode entwickelt, mit der sich Lithium aus geothermalem Wasser herausfiltern lässt – umweltschonend und kostengünstig.
Ein Adsorbens, basierend auf einem Lithium-Mangan-Oxid mit einer speziellen Kristallstruktur, dient als Lithium-Ionen-Sieb.
Foto: Dr. Monika Bäuerle, IAM-ESS/KIT
Lithium zählt wohl zu den begehrtesten Rohstoffen der Welt. Er ist ein essentieller Bestandteil leistungsfähiger Akkus und steckt somit in vielen technischen Geräten. Smartphones, Notebooks, E-Bikes und E-Autos kommen ohne das Leichtmetall nicht aus. Ein Smartphone enthält bis zu drei Gramm Lithium, ein Laptop etwa sechs Gramm Lithium und ein E-Auto-Akku, je nach Modell, zwischen zehn und 80 Kilogramm Lithium. Entsprechend groß ist nicht nur die Nachfrage an dem Leichtmetall, sondern auch die Bedeutung für das Gelingen der Energiewende. Doch die Ressourcen an Land sind begrenzt. Etwa 80 % der weltweiten Vorkommen konzentrieren sich auf Australien, Chile, Argentinien und Bolivien. Damit ist Europa bisher auf Importe aus dem Ausland angewiesen.
Um Engpässe zu vermeiden, suchen Forschende bereits nach neuen Lithiumquellen. Eine bislang noch recht unerforschte Lithiumquelle stellen Gewässer dar. So enthalten beispielsweise Thermalwässer, wie sie auch in Europa zu finden sind, hohe Konzentrationen an Lithium-Ionen. Die Gewinnung von Lithium aus geothermalen Solen ist jedoch nicht so einfach, sondern bedarf einer innovativen Filtertechnologie. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der EnBW haben an einer Lösung geforscht und ein Verfahren entwickelt, das Lithium aus geothermalen Solen filtert.
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Hohes Lithiumvorkommen im Oberrheingraben
„Je nach geologischem Ursprung enthalten geothermale Solen zwischen 0,1 und 500 Milligramm Lithium pro Liter“, erklärt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. So seien beispielsweise im Oberrheingraben bis zu 200 Milligramm Lithium-Konzentrat in einem Liter gelöst. Das Wasser dort ließe sich ganz einfach mit Geothermalanlagen fördern, die gleichzeitig für eine nachhaltige Strom- und Wärmeversorgung eingesetzt werden.
„Die Gewinnung von Lithium aus geothermalen Solen stellt allerdings eine große Herausforderung dar, weil die Lithium-Ionen mit vielen anderen Ionen konkurrieren“, erläutert Ehrenberg. Um Lithium aus dem Wasser zu filtern, haben die Forschende des KIT zusammen mit der EnBW Energie Baden-Württemberg AG sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und der Hydrosion GmbH ein sogenanntes Lithium-Ionen-Sieb entwickelt. Dieses könnte in Zukunft von großer Bedeutung für die Lithium-Gewinnung aus heißem Tiefenwasser sein.
Geothermalanlage und Lithium-Ionen-Sieb ermöglichen umweltschonende Gewinnung
Das besagte Lithium-Ionen-Sieb gründet auf einem Lithium-Mangan-Oxid mit einer speziellen Kristallstruktur. Für die Gewinnung werden bei dem Verfahren zunächst die Lithiumionen aus dem Thermalwasser herausgefiltert. Das Thermalwasser stammt aus von der EnBW betriebenen Geothermieanlage Bruchsal, die im Oberrheingraben liegt. Anschließend werden die Lithiumionen weiter konzentriert, bis Lithium als Salz herausgefällt werden kann. Die bisherigen Tests des Forschungs-Teams zeigen, dass die Methode funktioniert. Jetzt geht es darum, das Lithium-Ionen-Sieb zu verfeinern, um eine möglichst hohe und reine Gewinnung des Leichtmetalls zu ermöglichen.
Der große Vorteil der heimischen Lithium-Gewinnung aus heißem Tiefenwasser ist, dass die Methode nicht nur kostengünstiger als der Import von Lithium ist, sondern auch umweltschonend. Denn für die Gewinnung könnten bestehende Geothermalanlagen eingesetzt werden, die jährlich große Mengen Thermalwasser fördern und zurückführen. In diesem Fall sind also keine weiteren Eingriffe in die Landschaft nötig, um Lithium zu fördern.
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Mit Lithium die Energiewende vorantreiben
Um die Elektromobilität weiter ausbauen zu können und die Energiewende voranzutreiben, ist die Erschließung neuer Lithiumquellen und die Gewinnung des Leichtmetalls von großer Bedeutung. Nachdem die ersten Tests der Forschenden erfolgreich waren und gezeigt haben, dass sich Lithium aus heißem Tiefenwasser gewinnen lässt, soll nun eine Testanlage im Oberrheingraben entstehen, um die Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit langfristig zu prüfen. Wird auch dieser Testlauf von Erfolg gekrönt sein, könnte das innovative Lithium-Ionen-Sieb schon bald zur kostengünstigen und umweltschonenden Lithium-Gewinnung beitragen.
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