Rohstoffe 29.09.2023, 08:50 Uhr

Lithium-Gewinnung: Umweltschäden werden jetzt minimiert

Mit Faserbündeln wird lithiumhaltiges Wasser auf Grund der Kapillarwirkung in die Höhe befördert. Wenn es verdunstet klebt an den Fasern Lithium, das leicht geerntet werden kann. Der Platzbedarf für die Produktion sinkt um mehr als 90 Prozent.

Lithiumgewinnung

Lithiumgewinnung: Umweltschäden minimiert durch innovative Faserbündel-Technologie.

Foto: PantherMedia / jroballo

Pro Jahr werden rund 25.000 Tonnen Lithium verbraucht. Weil immer mehr Elektroautos gebaut werden, deren Batterien jeweils rund zehn Kilogramm dieses Leichtmetalls enthalten, steigt der Bedarf und damit, so paradox es klingen mag, die Belastung der Umwelt durch die Kohlenstoffdioxid-Emissionen bei der Herstellung der Akkus. Zudem wird Lithium mit einem Verfahren gewonnen, das gigantischen Platzbedarf hat. Im „Lithiumdreieck“, das sich über Teile Chiles, Boliviens und Argentiniens erstreckt und hunderttausende Tonnen Lithium enthalten soll, sind die Produktionsstätten so groß, dass sie bis zum Horizont zu reichen scheinen: Riesige Becken, in die Sole gepumpt wird, Wasser, in dem vor allem Natrium- und Lithiumionen schwimmen. Für die indigene Bevölkerung, die unter anderem Lamas züchtet, wird der Lebensraum immer enger, zumal die Lithiumproduktion sehr viel Wasser benötigt.

Damit soll bald Schluss sein. Forschende an der Princeton University im US-Bundesstaat New Jersey haben ein Verfahren zur Lithiumgewinnung entwickelt, das eine Platzeinsparung um mehr als 90 Prozent ermöglicht. Zudem wird der Produktionsprozess auf das 20-Fache beschleunigt.

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Vorbild ist der Wassertransport von Bäumen

Der Lithiumproduzent, den ein Team um Z. Jason Ren, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen entwickelt hat, besteht aus zahllosen Fasern, die miteinander verdrillt sind. Zwischen ihnen verbleiben feine Kanäle. Der Kern ist wasserliebend, die Außenseite weist Wasser ab. Taucht man diese Sammler in Sole wird das Wasser einschließlich der darin enthaltenen Ionen durch Kapillarwirkung in die Höhe gehievt, so wie die Kapillaren eines Baumes Wasser von der Wurzel bis ins höchste Blatt transportieren.

Lithium und Natrium gehen getrennte Wege

Wenn das Wasser verdunstet bilden sich auf der Außenseite der Fasern Natrium- und Lithiumchloridkristalle, und zwar sauber voneinander getrennt. Im unteren Bereich kleben die Natriumchloridkristalle, im oberen sammelt sich die Lithiumverbindung. Wenn das Wasser komplett verdunstet ist können die Kristalle problemlos getrennt geerntet werden. Bei der Produktion in den Solebecken ist für die Trennung dagegen ein chemisch-physikalischer Prozess mit hohem Wasserbedarf nötig. Die Herstellung von einem Kilogramm Lithium benötigt fast 2000 Liter Wasser, und das in einer der trockensten Regionen der Welt.

Einsparung von Chemikalien

„Unser Ziel war es, die grundlegenden Prozesse der Verdunstung auf Grund von solarer Wärme und der Kapillarwirkung zu nutzen, um Lithium zu konzentrieren, zu trennen und zu ernten“, sagt Ren. „Wir brauchen auch keine zusätzlichen Chemikalien, wie es bei anderen Extraktionstechnologien nötig ist.“ Das Verfahren sei, so Ren, selbst dann wirtschaftlich, wenn Sole mit nur geringer Lithiumkonzentration zur Verfügung steht. Es könne sogar in den bestehenden Lithium-Produktionsstätten eingesetzt werden. Da die Gewinnung 20 Mal schneller gelingt könnten zahlreiche Verdunstungsbecken stillgelegt werden, ohne dass die Produktionsmenge darunter litte. Schon nach weniger als einem Monat könne geerntet werden. Bei den Solebecken dauere es oft länger als ein Jahr.

Mehrwert für die Erdwärmenutzung

Mit dem Verfahren könnte auch Sole genutzt werden, die im Rahmen der Nutzung von Erdwärme gefördert wird. Die Wärme aus der Tiefe kann zur Stromerzeugung und als Fernwärme genutzt werden. Statt die Sole wie heute üblich gleich wieder in die Erde zurückzupumpen könnte daraus mit dem Princeton-Verfahren Lithium gewonnen werden. Versuche mit einer anderen Sammeltechnik waren bereits erfolgreich. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben ein Ionen-Sieb entwickelt, das gezielt Lithium adsorbiert. Es wurde bereits erfolgreich an Sole aus der von der EnBW in Karlsruhe betriebenen Geothermieanlage Bruchsal im Oberrheingraben getestet.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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