Lithium umweltfreundlich in Deutschland gewinnen

Lithium entwickelt sich zum meistgefragten Rohstoff der Welt. Laut Prognosen der Marktforscher von Benchmark Minerals könnte sich der weltweite Lithium-Bedarf bis zum Jahr 2028 fast verzehnfachen. Verwendung findet Lithium als Ladungsträger in Akkus – insbesondere in der Elektromobilität ist das Alkalimetall gefragt. Kein anderes Element bietet vergleichbare Eigenschaften für Batterieanwendungen. Bislang gilt Lithium als unersetzlich. Kein Wunder also, dass viele Akteure nach bislang nicht genutzten Lithiumvorkommen und alternativen Gewinnungsmethoden suchen – auch in Deutschland, das in der weltweiten Produktion von Lithium bislang keine Rolle spielt.

Hierzulande steckt Lithium in einigen Regionen im sogenannten Thermalwasser in Tausenden Metern Tiefe. Über das Verfahren der Geothermie dient Tiefenwasser bereits vielerorts zur Stromversorgung und Wärmebereitsstellung. Das heiße Wasser wird gefördert und nach der thermischen Nutzung über Wärmetauscher wieder in die Erde zurückgeführt. An die Wärmetauscher angeschlossen sind in der Regel ein Fernwärmenetz und ein Kraftwerk mit Turbine und Generator zur Stromerzeugung. So wie in Bruchsal: Im dortigen Geothermiekraftwerk erzeugt die EnBW gemeinsam mit den Stadtwerken Bruchsal rund 0,5 MW elektrische Leistung und versorgt die Bereitschaftspolizei Bruchsal über eine 400 Meter lange Nahwärmeleitung.

Demnächst könnte Bruchsal auch als neuer Produktionsstandort auf der weltweiten Karte der Lithiumförderstätten auftauchen. Der Grund: Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Verbundprojekt „UnLimited“ („Untersuchungen zur Lithiumproduktion aus heißen Tiefenwässern in Deutschland“) erprobt mit einer Pilotanlage in Bruchsal die Potenziale der Lithiumgewinnung aus dem salzhaltigen Thermalwasser, welches das Geothermiekraftwerk zur Energieproduktion an die Erdoberfläche und zurück pumpt. Mit dabei: die EnBW, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Göttingen und die Unternehmen BESTEC sowie HYDROSION.

Das Forschungsprojekt könnte sich zur Erfolgsgeschichte entwickeln: „Das in Bruchsal erbohrte Wasser ist mit rund 150 Milligramm Lithium pro Liter Wasser relativ reich an Lithium“, erklärt Thomas Kölbel, Group Expert Geothermie bei der EnBW. Rund 30 Liter Wasser strömen pro Sekunde in der Geothermie-Anlage des Oberrheingrabens nach oben.

Im Realversuch in Bruchsal streben die Projektpartner eine Effizienz des Extraktionsverfahrens von etwa 70 Prozent an – genug, um die Wirtschaftlichkeit von Geothermieanlagen über das „Nebenprodukt“ Lithium weiter zu erhöhen. Denn der Rohstoff ist wertvoll: Von 2004 bis 2018 hatte sich der Preis für eine Tonne Lithium an den Märkten verzehnfacht. Wachsende Produktionskapazitäten und ein zunehmendes Recycling von Lithium aus alten Batterien bremsen derzeit zwar die Preise. Die steigende Nachfrage dürfte jedoch dazu führen, dass sich die Gewinnung von Lithium aus Geothermieanlagen langfristig rechnet.

Ist das Innovationsprojekt erfolgreich, könnten europäische Geothermiekraftwerke etwa am Oberrhein demnächst quasi auf zwei Arten die Energiewende unterstützen: Die tief unter der Erde schier unendliche Energiequelle Thermalwasser für die Erzeugung von Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien nutzen – und gleichzeitig eines der besonders wichtigen, immer mehr benötigten Batteriemetalle zutage fördern. Mit der Zunahme der Elektrifizierung der Autoantriebe dürfte auch mehr und mehr die Frage des CO₂-Abdrucks und der Umwelteinflüsse bei der Gewinnung und Produktion des gefragten Lithiums in den Fokus rücken. Kurze Transportwege, eine von geopolitischen Risiken unabhängige Lieferkette und eine ökologisch nachhaltige Erzeugung sind für europäische Autohersteller durchaus attraktiv. „UnLimited“ zeigt einen Weg auf, wie sich der zunehmende Bedarf möglicherweise zumindest zum Teil mit lokalen, klimaneutralen Gewinnungsmethoden decken lässt.

Der globale Bedarf an Lithium, Kobalt und Nickel zur Produktion von Lithium-Ionen-Batterien steigt. Experten schätzen, dass bis 2028 jährlich rund 1,6 Mio. Tonnen Lithium für Akkus notwendig sind. Im Dreiländereck Bolivien, Chile, Argentinien sollen 70 Prozent der weltweiten Lithium-Vorkommen lagern. Weltweit größter Produzent von Lithium ist derzeit Australien mit jährlich rund 40.000 Tonnen. Die Wirtschaftlichkeit des Abbaus hängt vom Lithiumgehalt in der jeweiligen Lagerstätte sowie von den eingesetzten Technologien und Methoden zur Gewinnung ab.

Australien war 2020 der weltweit größte Produzent von Lithium. Deutschland spielt bei der Produktion von Lithium bislang keine Rolle (Quelle: US Geological Survey)

Lithium findet sich in Solen oder in Gestein. In Chile etwa bilden die drei Salzseen der Atacama-Wüste ein riesiges Lithium-Reservoir. Die Sole wird dort genau wie bei der Salzgewinnung aus Meerwasser zum gezielten Verdunsten in künstlich angelegte Becken gepumpt. Nach zahlreichen Verdunstungsschritten entsteht die benötigte Konzentration, um Lithium weiter verarbeiten zu können – erst dann können es Batterie- oder Autohersteller für den Einsatz in Batterien verwenden. Australische Bergbaukonzerne gewinnen Lithium wiederum aus Gesteinen im offenen Tagebau.

In Deutschland kommen Lithiumkonzentrationen in salzigen Tiefenwässern vor – so viel ist bekannt. Prognosen zu den Potenzialen von Lithiumsolen gibt es dagegen bislang noch nicht. Ziel des Forschungsprojekts „UnLimited“ ist daher auch, ein besseres Verständnis für das Potenzial lithiumreicher Tiefenwässer in Deutschland zu erreichen.