KIT patentiert Verfahren 07.07.2021, 12:38 Uhr

Lithium-Abbau in Deutschland: Neues Verfahren beschleunigt Förderung

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

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. Die minimalinvasive Technologie wurde nun patentiert. Lithium kann so aus Geothermie-Anlagen gewonnen werden. Ermöglicht das Patent eine wirtschaftliche Förderung von mehreren hundert Tonnen Lithium pro Anlage in Deutschland?

Batterie: Die größten Energiespeicher der Welt

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, eine Lösung gefunden zu haben. In Deutschland sind Lithium-Vorkommen bekannt, zum Beispiel im Oberrheingraben. Rentabel ist der Abbau hier noch nicht.

Lithium aus Thermalwasser: Wie der geothermische Schatz im Rheingraben geborgen werden soll

Wie die Nutzung der heimischen Reserven bislang abläuft und welche Pläne es für den Oberrheingraben gibt, hören Sie in dieser Podcast-Folge von „Technik aufs Ohr“.

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Lithium-Abbau in Deutschland: 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.

Kaum Umweltschäden beim Lithium-Abbau in Deutschland

In Deutschland werden die bestehenden Infrastrukturen genutzt, um das weiße Gold abzubauen. Gegenüber den traditionellen Methoden der Produktion aus den südamerikanischen Salzseen bietet das KIT-Verfahren Vorteile. In den Geothermie-Anlagen fließen pro Jahr bis zu zwei Milliarden Liter Thermalwasser. Es fällt somit kaum Abraum an und der Flächenverbrauch ist überschaubar. Nach Gebrauch wird das Thermalwassers wieder in den Untergrund zurückgeleitet. Das hat keine Auswirkungen auf die geothermische Strom- und Wärmeproduktion. Geplant ist außerdem, seltene Elemente wie Cäsium aus dem Wasser zu filtern. Diese Elemente können dann in der Laser- und Vakuumtechnologie eingesetzt 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.“

Ausblick Lithium-Abbau: 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. Das Verfahren hat das KIT zum Patent angemeldet.

Wenn die Versuche erfolgreich sind, soll eine Großanlage gebaut werden.

Entwicklungen in der Batterietechnik:

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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