Mithilfe einer neuen Technologie lässt sich Lithium aus Salzlaugen gewinnen. Die Kosten liegen schätzungsweise bei weniger als 40 Prozent der heute vorherrschenden Extraktionsmethoden und betragen nur ein Viertel des aktuellen Marktpreises. Laut einer veröffentlichten Studie von Forschern der Stanford University wäre die neue Technologie zudem viel zuverlässiger und nachhaltiger im Verbrauch von Wasser, Chemikalien und Land als die heutige Technologie.
vorherrschende Methode zur Lithiumgewinnung
Die weltweite Nachfrage nach Lithium ist in den letzten Jahren stark angestiegen, angetrieben durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen und die Speicherung erneuerbarer Energien. Die heute vorherrschende Methode zur Lithiumgewinnung beruht auf dem Verdunsten von Salzlaugen in riesigen Teichen unter der Sonne für ein Jahr oder länger, wodurch eine lithiumreiche Lösung zurückbleibt. Anschließend wird der Vorgang durch den massiven Einsatz potenziell giftiger Chemikalien beendet. Wasser mit einer hohen Konzentration an Salzen, darunter Lithium, kommt auf natürliche Weise in einigen Seen, heißen Quellen und Grundwasserleitern vor und ist ein Nebenprodukt der Öl- und Erdgasförderung sowie der Meerwasserentsalzung.
Deckung des steigenden Bedarfs
Lithium hat bisher eine entscheidende Rolle bei der globalen Energiewende gespielt. Laut einem Bericht von McKinsey & Co. wird die Nachfrage nach Lithium voraussichtlich von etwa einer halben Million Tonnen im Jahr 2021 auf geschätzte 3 bis 4 Millionen Tonnen bis 2030 steigen. Dieser starke Anstieg ist vor allem auf die schnelle Einführung von Elektrofahrzeugen und Speichersystemen für erneuerbare Energien zurückzuführen, die beide stark auf Batterien angewiesen sind.
Traditionell wird Lithium aus abgebautem Gestein gewonnen
Stanford-Forscher zeigen, dass Seesedimente, die in alten Supervulkanen erhalten geblieben sind, große lithiumreiche Tonvorkommen enthalten können. Eine heimische Lithiumquelle würde helfen, die steigende Nachfrage nach diesem wertvollen Metall zu decken, das für die moderne Technologie von entscheidender Bedeutung ist. Traditionell wird Lithium aus abgebautem Gestein gewonnen, eine Methode, die noch teurer und energieintensiver ist und giftige Chemikalien verwendet als die Solegewinnung. Daher wird Lithium heute vorwiegend durch die Verdunstung von Salzlaugen aus Salzseen gewonnen, was jedoch immer noch mit hohen finanziellen und ökologischen Kosten verbunden ist. Diese Methode ist außerdem stark von bestimmten klimatischen Bedingungen abhängig, die die Anzahl kommerziell nutzbarer Salzseen begrenzen, was Zweifel an der Fähigkeit der Lithiumindustrie aufkommen lässt, die steigende Nachfrage zu decken.
endgültige chemische Isolierung
Die neue Methode von Cui und seinem Team nutzt Elektrizität, um Lithium durch eine Festkörperelektrolytmembran aus Wasser mit niedriger Lithiumkonzentration in eine konzentriertere, hochreine Lösung zu transportieren. Jede Zelle einer Reihe von Zellen erhöht die Lithiumkonzentration bis zu einer Lösung, aus der die endgültige chemische Isolierung relativ einfach ist. Dieser Ansatz verbraucht weniger als 10 % des Stroms, der für die derzeitige Soleextraktionstechnologie erforderlich ist, und weist eine Lithiumselektivität von fast 100 % auf, was ihn sehr effizient macht.
„Die Vorteile unseres Ansatzes gegenüber herkömmlichen Lithiumextraktionstechniken erhöhen seine Durchführbarkeit für eine umweltfreundliche und kostengünstige Lithiumproduktion“, sagte der Co-Leiter der Studie, Rong Xu , ein ehemaliger Postdoktorand in Cuis Labor, der heute Fakultätsmitglied an der Xi’an Jiaotong University in China ist. „Letztendlich hoffen wir, dass unsere Methode den elektrifizierten Transport und die Fähigkeit, erneuerbare Energie zu speichern, deutlich voranbringen wird.“
Kosten- und Umweltvorteile
Die Studie enthält eine kurze technisch-ökonomische Analyse, in der die Kosten der aktuellen Lithiumgewinnung mit denen des RCE-Ansatzes verglichen werden. Die neue Methode dürfte vor allem aufgrund der geringeren Kapitalkosten relativ kostengünstig sein. Sie macht großflächige Solarverdunstungsbecken überflüssig, deren Bau und Wartung teuer sind. Der deutlich geringere Verbrauch von Strom, Wasser und Chemikalien bei der neuen Methode senkt – abgesehen von den Nachhaltigkeitsvorteilen – die Kosten zusätzlich.
Lithium aus Meerwasser zu extrahieren
Die RCE-Methode funktioniert mit einer Vielzahl von Salzwasser, darunter auch solche mit unterschiedlichen Konzentrationen von Lithium, Natrium und Kalium. Studienexperimente zeigten, dass die neue Technologie Lithium beispielsweise aus Abwasser extrahieren könnte, das bei der Ölförderung entsteht. Sie könnte möglicherweise verwendet werden, um Lithium aus Meerwasser zu extrahieren, das geringere Lithiumkonzentrationen aufweist als Salzlaugen. Die Lithiumextraktion aus Meerwasser mit herkömmlichen Methoden ist derzeit kommerziell nicht rentabel.
Ein Blick in die Zukunft
Auch die Skalierbarkeit der RCE-Methode ist vielversprechend. In Experimenten, bei denen der Maßstab des Geräts vervierfacht wurde, zeigte die RCE-Methode weiterhin gute Ergebnisse, wobei sowohl die Energieeffizienz als auch die Lithiumselektivität sehr hoch blieben.
Weiterführende Informationen
Continuous lithium extraction from brine by efficient redox-couple electrodialysis Quelle: Matter / Science Direct
