KIT entwickelt neues Verfahren 23.11.2020, 13:17 Uhr

Gelingt bald der Lithiumabbau in Deutschland?

Die Menge an Lithium, die für die Akku-Produktion gebraucht wird, steigt jedes Jahr. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben jetzt ein Verfahren entwickelt, das einen wirtschaftlichen Abbau in Deutschland ermöglichen könnte.

Lithium

Lithium sieht so unscheinbar aus, ist für die Energiewende aber unverzichtbar.

Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT

Die spezifische Energie in Lithium-Ionen-Akkus ist im Vergleich zu anderen Batterie-Typen hoch. Das heißt auch, dass sie für ihre Leistung verhältnismäßig wenig wiegen. Kein Wunder, dass sie inzwischen in fast allen Lebensbereichen anzutreffen sind. Sie verleihen Smartphones und Tablets die benötigte Energie, lassen Modellflugzeuge abheben und sind dafür verantwortlich, dass Elektroautos lange Strecken zurücklegen können.

Bei dieser Aufzählung wird schnell klar: Der Bedarf an Lithium ist in den vergangenen Jahren in die Höhe geschossen und wird weiter wachsen. Alleine für den Akku eines Elektroautos werden etwa zehn bis zwölf Kilo Lithium benötigt. Allerdings findet der Abbau ausschließlich im Ausland statt. Das könnte sich bald ändern. Wenn es nach einem Team von Wissenschaftlern am KIT geht, könnte die deutsche Industrie Lithium erhalten, das aus den Tiefengewässern des Oberrheingrabens stammt. Für die Förderung haben sie eine Methode entwickelt, die auch wirtschaftlich interessant sein soll.

Deutschland importiert den gesamten Lithium-Bedarf

Die Klimaziele der Bundesregierung sind ohne das begehrte Lithium nicht zu erreichen. Mit jedem zusätzlich benötigten Kilo erhöht sich jedoch Deutschlands Abhängigkeit vom Ausland: Chile, Argentinien und Australien teilen sich 80 % der weltweiten Produktion. Dabei ist auch in unseren Breiten durchaus ein beträchtlicher Vorrat des Elements vorhanden. Er befindet sich unter anderem in tiefen Gesteinslagen unter dem Oberrheingraben, gelöst in salzigen Thermalwasserreservoiren. „Nach unseren Kenntnissen können es bis zu 200 Milligramm pro Liter sein“, sagt der Geowissenschaftler Jens Grimmer vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT: „Wenn wir dieses Potenzial konsequent nutzen, dann könnten wir in Deutschland einen erheblichen Teil unseres Bedarfs decken.“

Dass dies bisher nicht geschehen ist, lag schlicht und einfach daran, dass ein geeignetes Verfahren fehlte. Es durfte den Kostenrahmen nicht sprengen und sollte gleichzeitig gewährleisten, dass die Erschließung der Lithium-Vorräte nachhaltig erfolgt. Die Wissenschaftler am KIT sind überzeugt, jetzt eine Lösung gefunden zu haben – ein Patent ist bereits angemeldet.

Filtertechnologie ist die Grundlage

Besonders kompliziert klingt die Methode nicht: „Dabei werden in einem ersten Schritt die Lithiumionen aus dem Thermalwasser herausgefiltert und in einem zweiten Schritt weiter konzentriert, bis Lithium als Salz ausgefällt werden kann“, erklärt Grimmer. Für ihre Technologie können die Forscher die bereits bestehende Infrastruktur der Geothermie-Anlagen nutzen. Der zusätzliche Flächenbedarf sei also gering. Anders als beim klassischen Bergbau fällt auch kaum Abraum an.

Die bis zu zwei Milliarden Liter Thermalwasser, die durch die Anlagen pro Jahr hindurchströmen, können im Anschluss zudem wieder in den Untergrund geleitet werden, ohne durch umweltschädliche Stoffe belastet zu sein. Die Produktion von Strom und Wärme in den Geothermie-Anlagen kann übrigens parallel weiterlaufen. Außerdem eröffnet das Verfahren die Chance, weitere Elemente aus dem Thermalwasser zu gewinnen, etwa Rubidium oder Cäsium, die unter anderem für die Lasertechnologie gebraucht werden.

Prototyp soll den Erfolg beweisen

Unterm Strich würde also die Lithium-Abhängigkeit vom Ausland sinken, während die Technologie gleichzeitig dem Umweltschutz gerecht wird. Denn es hat auch eine deutlich bessere Kohlendioxid-Bilanz als die herkömmlichen Fördermethoden. „Wir exportieren viele Umweltprobleme in Drittländer, um unseren Lebensstandard aufrechtzuerhalten und zu verbessern. Mit diesem Verfahren können wir unserer Verantwortung gerecht werden und wichtige Rohstoffe für moderne Technologien umweltverträglich vor der eigenen Haustür gewinnen“, sagt Florencia Saravia von der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) am Engler-Bunte-Institut (EBI) des KIT. „Darüber hinaus können wir regionale Wertschöpfungsketten aufbauen, Arbeitsplätze schaffen und gleichzeitig geopolitische Abhängigkeiten reduzieren.“

Podcast-Folge: Lithiumabbau in Deutschland

Kaum ein Akku ohne Lithium: Das soll bald aus dem Oberrheingraben kommen – also direkt aus Deutschland. Sitzen wir auf einem großen Lithium-Vorkommen? Wie weit das Pilotprojekt von den Pfalzwerken geofuture schon ist, besprechen wir in dieser Folge von „Technik aufs Ohr“ mit Geschäftsführer Jörg Uhde.

Lithiumionen-Akkus sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Für die Produktion werden jedes Jahr Millionen Tonnen Lithium gefördert – bislang allerdings fernab von Deutschland. Das soll sich nun ändern. Wie es zu der Entwicklungsidee Lithium aus Thermalwasser zu filtern gekommen ist, besprechen wir mit Jörg Uhde, Geschäftsführer der Pfalzwerke geofuture.

Was eine Nutzung der heimischen Reserven bislang verhinderte, war das Fehlen eines geeigneten Verfahrens, um diese Ressource kostengünstig, umweltschonend und nachhaltig zu erschließen. Wie nun der Durchbruch gelungen ist, hören Sie hier.

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Ausblick: Prototyp im Oberrheingraben

Aktuell sind die Wissenschaftler dabei, gemeinsam mit Partnern aus der Industrie einen Prototyp zu erstellen, der in einer Geothermie-Anlage im Oberrheingraben seine Arbeit aufnehmen soll. Seine Kapazität wird zunächst nur bei wenigen Kilogramm Lithiumkarbonat beziehungsweise Lithiumhydroxid liegen. Läuft alles nach Plan, kann eine Großanlage folgen. Die Wissenschaftler rechnen damit, dass es möglich wäre, pro Geothermie-Anlage jedes Jahr mehrere hundert Tonnen Lithiumhydroxid zu gewinnen.

Entwicklungen in der Batterietechnik:

Von Nicole Lücke

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