Neue KIT-Technologie macht unabhängig

Effiziente Lithiumgewinnung in Deutschland

3. März 2023, 5:54 Uhr | Heinz Arnold

Auch in Deutschland lässt sich Lithium für Autobatterien gewinnen: als Nebenprodukt der Geothermie aus Thermalsole. Das KIT macht dieses Verfahren jetzt wirtschaftlich sinnvoll.

Damit wäre die deutsche Industrie beim kritischen Rohstoff Lithium nicht mehr fast vollständig auf Importe angewiesen.

Genug Lithium ist hierzulande vorhanden...

Denn Thermalsolen sind eine bisher unerschlossene Quelle für Lithium: Thermalwasser aus den Tiefen des Oberrheingrabens oder des Norddeutschen Beckens enthält nennenswerte Lithiumkonzentrationen – genug, um zum Beispiel einen beträchtlichen Teil des aktuellen Bedarfs der deutschen Automobilindustrie zu decken.

..wird bisher aber nicht genutzt

Geothermieanlagen in diesen Regionen fördern die Vorkommen im Grunde bereits heute – jedoch ungenutzt, denn die Sole wird nach Abschöpfen der Wärme unverändert wieder in die Tiefe rückgeführt.

Jetzt wrd die effizente Gewinnung möglich

Um die Gewinnung effizienter zu machen, entwickelt ein Team am Fraunhofer IPM ein neues Verfahren auf Basis von LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), das die Lithium-Konzentration im Abstrom des Reaktors inline überwachen und so erstmals eine Regelung des Sorptions- und Desorptionsprozesses möglich machen soll.

Warum idas neue Verfahren so interessant ist

Das KIT hat bereits eine Methode entwickelt, mit der sich Lithium in einer Geothermie-Anlage mithilfe eines Sorptionsprozesses extrahieren lässt: Die Sole wird durch einen Reaktor geleitet, der mit einem lithiumselektiven Sorbens gefüllt ist. Dort wird das Lithium gebunden. Die Sorptionsgeschwindigkeit hängt von verschiedenen Rahmenbedingungen ab: Zusammensetzung des Thermalwassers, pH-Wert, Lithiumkonzentration und Durchflussrate. Ist das Sorbens gesättigt, wird die Durchflussrichtung geändert und eine Desorptionslösung löst das Lithium vom Adsorber.

Um eine effiziente und wirtschaftliche Lithiumextraktion zu realisieren, muss der Zeitpunkt für die Änderung der Durchflussrichtung gezielt gesteuert werden. Kriterium für den Umschaltzeitpunkt ist die Sättigung des Adsorbers. Sie lässt sich aus der Lithiumkonzentration im Abstrom des Reaktors ablesen. Doch um ihn zu bestimmen, sind bislang aufwändige Labormessungen nötig.

So wird die Lithiumgewinnung aus Thermalsole wirtschaftlich

Diesen Aufwand wird der neue LIBS-Sensor überflüssig machen und damit die effiziente Lithiumgewinnung aus Thermalsole ermöglichen.

LIBS ist ein etabliertes Verfahren aus der Materialanalyse, bei dem mithilfe eines Kurzpuls-Lasers ein winziger Teil eines Materials in ein Plasma überführt und spektral analysiert wird. Im Rahmen des Forschungsprojekts LiMo wird das Verfahren weiterentwickelt, so dass es unter harschen Bedingungen in Flüssigkeit bei 20 bar und 90 °C funktioniert. Das LIBS-System soll in einer Pilotanlage an einem Geothermiestandort im realen Betrieb getestet werden.

Riesiges Potenzial

Das Potenzial ist erheblich: Neben der Lithium-Gewinnung in Geothermie-Anlagen eignet sich das Verfahren ebenso für das Lithium-Recycling aus Altbatterien, das ebenfalls im Rahmen des Projekts erprobt werden soll.