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Lithium für Elektroautos: Weißes Gold mit dem schwarzen Fleck

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Unternehmen wie EnergyX und Vulcan Energy etablieren umweltfreundlichere Methoden zum Abbau von Lithium. Tesla plant Lithiumhydroxid-Raffinerie.

Es ist die dringlichste Herausforderung der Elektromobilität und heutiger Batteriespeicher: Wie kann die Nachfrage nach Lithium nachhaltig gesichert werden? Bisherige Methoden für den Lithium-Abbau (Verdunstungstechnologie, Bergbau) sind umstritten. Zudem dominiert China den Markt. Für Autobauer ist das ein Problem bei der umweltfreundlichen Herstellung von Li-Ion-Batterien. Es braucht somit bessere und effizientere Alternativen. Können die Fördermethoden für Lithium von Vulcan Energy oder EnergyX helfen?

Aktuelle Infos zur Technologie zur Förderung von Lithium von EnergyX gibt es hier.

Die Nachfrage nach nach Rohstoffen und Verbindungen wie dem Element Lithium wächst schnell, wie Zahlen der Deutschen Rohstoffagentur belegen: Bis 2025 sind demnach bis zu zehn Millionen E-Autos mit einer Batteriekapazität von 370 Gigawattstunden auf den Straßen. Das bedeutet für die Nachfrage nach Lithium im Vergleich zu 2018 ein Wachstum von 50 Prozent.

Dies verdeutlicht, wie rasant die Nachfrage nach Lithium alleine für Batterien zunimmt. Im Gegensatz zu Kobalt ist das Ersetzen in der Akku-Technologie schwieriger. Lithium braucht mit seiner besonderen Leitfähigkeit noch längere Zeit bis Magnesium-, Natrium- und Schwefel-Batterien die bessere Option sind. Kurzfristig ist das als weißes Gold bezeichnete Element unersetzbar.

Autohersteller wie Volkswagen bemühen sich um einen niedrigeren ökologischen Fußabdruck bei der Lithium-Lieferkette. Neben Volkswagen plant auch Tesla eine Verstärkung der eigenen Bergbau-Aktivitäten. Denn: Günstige Lieferanten für Lithiumhydroxid oder andere Rohstoff-Verbindungen zu finden, wird zunehmend schwerer.

Abbau im Tagebau hat ein Umwelt-Problem

Heute geschieht die Förderung von Lithium mehrheitlich in Australien, wo der Rohstoff in großen Tagebauen abgebaut wird. Konkret geht es hierbei um sogenannte Spodumen, ein Aluminium-Silikat-Mineral, das einen hohen Lithiumoxid-Anteil vorweisen kann. Die Minen werden in Australien etwa vom Unternehmen Talison Lithium betrieben.

Problem: Nach dem Abbau wird das Gestein mit fossilen Brennstoffen „geröstet“, damit Lithiumhydroxid entsteht. Dieses ist für die Herstellung von Li-Ionen-Batterien ideal geeignet. Dieser Prozess ist besonders CO2-intensiv. Würden sämtliche Fahrzeuge mit Lithium aus Hartgesteinsminen elektrifiziert, entspräche dies einem CO2-Fußabdruck von einer Milliarde Tonnen.

In Portugal sind die größten europäischen Vorkommen. Die britische Savannah Resources hat sich die Rechte am Projekt Mina do Barroso gesichert. Die EU wünscht sich, dass Portugal zum großen Lithium-Lieferanten wird. Elf Minen zur Förderung von Lithium sollen entstehen. Doch Bürger und Umweltschützer sind in Sorge, haben Angst vor Krater-Landschaften oder verunreinigtem Wasser.

Aus der Sole in Chile, Bolivien und Argentinien

Eine weitere Methode zum Lithium-Abbau ist die Sole-Methode. Sie wird insbesondere in Südamerika, im Lithium-Dreieck, das aus Chile, Bolivien und Argentinien besteht, genutzt. Die Methode ist deutlich weniger CO2-intensiv: 2018 machten beiden Methoden rund die Hälfte des weltweiten Marktes aus. Nach einer Ökobilanz war der Anteil der Emissionen bei Spodumen (70 %) wesentlich höher im Vergleich zu Sole (30 %).

Die Lithium-Abbau-Bedingungen sind gut: Unter der Salzkruste befinden sich Vorkommen einer salzreichen Lösung mit 70-prozentigem Wasseranteil. Der Salzanteil dieser Sole ist mit mehr als 300 Kilogramm pro Kubikmeter an Natrium, Magnesium, Lithium, Kalium und Bor hoch. Sie enthält zehn Mal mehr Salz als Meerwasser und ist deswegen weder zum Trinken noch für die Landwirtschaft zu gebrauchen.

In Südamerika gibt es noch weitere Bedenken: Der Wasserverbrauch ist nicht gering. Die Zahlen hierzu variieren sehr stark in der öffentlichen Diskussion. SQM sieht seine vom Öko-Institut geprüften Methoden zu Unrecht an den Pranger gestellt. Aber: Die Verdunstungsmethode zum Lithium-Abbau kann mehr als ein Jahr dauern. Wettereinflüsse erschweren die Kalkulation der Erträge.

EnergyX: Filter als Alternative?

Eine Alternative bieten Membran-Filter-Technologien, wie sie EnergyX aus Texas auf den Markt gebracht hat. Nach eigener Aussage löst die LITAS Direct Extraction genannte Technologie die Probleme der Rohstoff-Förderung über die Verdampfung.

Die Technologie stellt in der Tat das bisherige Verfahren auf den Kopf: Die LITAS Direct Extraction-Lösung filtert die Lithium-Ionen innerhalb weniger Tage heraus, und zwar zu 90 Prozent. Anstatt 68.000 Litern braucht diese Methode nur 800 Liter. Und auch preislich ist das neue Verfahren der Sole-Extraktion überlegen.

Der Wasserverbrauch ist bei der Gewinnung aus der Umwelt hoch und liegt etwa bei 68.000 Litern pro Tonne Lithium. Genau dieser Ressourcenverbrauch ist EnergyX ein Dorn im Auge. Dessen Gründer Teague Egan erkannte die Bedeutung von Lithium für die globale Transformation vor drei Jahren, und machte sich auf die Suche nach besseren Methoden.

Der Vertraute von Elon Musk – Teague Egan war einer der ersten Tesla-Investoren und verdiente viel Geld damit – stieß auf zwei Membran-Filter-Technologien, u.a. von der Universität Texas. Und genau diese Lösung zum Lithium-Abbau entwickelt er konsequent weiter, um die Lithium-Förderung komplett zu verändern. Denn Egan hat die gewaltige Chance erkannt, die sich mit der Förderung von Lithium verbindet.

EnergyX weckt Investoren-Interesse

Keine Überraschung, dass EnergyX gewaltiges Investoren-Interesse auf sich zieht: Seit Juli 2022 ist bekannt, dass EnergyX bis zu 450 Millionen Dollar von der GEM Group eingeworben hat. Ausgezahlt wird das Kapital im Zuge des Börsengangs, den EnergyX in 2023 plant.

Einen Rückschlag gab es zuletzt: Bei einer Auktion für die Lithium-Förderung in Bolivien reichte EnergyX die notwendigen Unterlagen zehn Minuten zu spät ein, und wurde daher als Bieter ausgeschlossen. Einer der Konkurrenten mit ähnlicher Technologie, Lilac Solutions, könnte nun zum Zuge kommen und den Rohstoff fördern. In Lilac Solutions ist auch BMW Ventures investiert.

Neben der Förderung des weißen Goldes hat EnergyX noch ein weiteres Geschäftsfeld: Es arbeitet an einer Lithium-Metall-Batterie. Nach Aussage von Teague Egan handelt es sich um den heiligen Gral der Batterietechnologien.

Filterung des Elements aus Grubenwasser?

Eine weitere Möglichkeit, Lithiumsalze zu gewinnen, besteht darin, Grubenwasser zu nutzen. Genau das machen Forscher vom Leibniz-Institut für Neue Materialien, wenngleich das Verfahren zur Lithium-Gewinnung aus Grubenwasser – Stand März 2021 – noch am Anfang steht.

Bislang wird es aus Gruben abgepumpt, gefiltert und in Flüsse abgeleitet. Alleine im Saarland 18 Millionen Kubikmeter pro Jahr. Das Potenzial, um das Element Lithium zu gewinnen liegt bei 30 bis 900 Tonnen jährlich.

Technologisch nutzen die Forscher die Eigenschaften eines Li-Ion-Akkus, um den Rohstoff aus dem Grubenwasser zu filtern: Denn die Idee besteht darin, dieses Wasser durch eine Batteriezelle mit Plus- und Minuspol zu leiten. An den Elektroden sammeln sich sowohl Lithium- als auch Chlor-Ionen, aber alle anderen Stoffe fließen ab. Sind die Elektroden voll mit dem Lithium, wird es zu einem Festkörper getrocknet.

Unklar ist die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, die Effizienz und schließlich die Skalierbarkeit. Bis 2023 wollen die Forscher diese Fragen beantworten. Eine bald nutzbare Lösung ist es also nicht wirklich.

Geothermie und Rohstoff-Abbau in Deutschland?

Die unschöne Situation, die auch Volkswagen oder Tesla mit ihren Versprechungen klimaneutraler Fahrzeuge in Bedrängnis bringt, kann ausgerechnet in Deutschland zum Positiven gewendet werden. Denn Dr. Francis Wedin und Dr. Horst Kreuter von der Vulcan Energie Ressourcen GmbH wollen Lithium klimaneutral fördern – auf einem 300 Quadratkilometer großen Gebiet von Basel bis Frankfurt, das zum Oberrheingraben zählt. Mit der sogenannten direkten Extraktion als Methode.

Auch bei der Methode der Extraktion wird das Lithium tief aus dem Boden geholt. Für die Trennung von Wasser und Lithium gibt es ein spezielles Verfahren.

Diese Technologie funktioniert zweistufig: Die Sole aus dem Untergrund wird in einem Absorber gefiltert, bis nur noch Wasser einerseits und gelöstes Lithiumsalz andererseits verbleiben. Das Lithium-reiche Fluid wird einer Verdampfung zugeführt, um die Konzentration zu maximieren. Danach folgt z.B. über einen Ionenaustauscher der letzte Schritt – das Lithiumhydroxid wird anschließend direkt an Akkufabriken oder die Automobilindustrie geliefert.

Vulcan Energy Resources hat sich in der Region die Erlaubnis für Geothermie-Projekte besorgt. „Allein im Erlaubnisfeld Ortenau sprechen wir über 14 Millionen Tonnen Lithiumkarbonat im Thermalwasser“, so Kreuter. Im gesamten Oberrheingraben seien die Rohstoff-Vorräte noch deutlich größer.

Vulcan Energy: Mehrere Meilensteine erreicht

In den vergangenen Monaten hat Vulcan Energy Resources wichtige Meilensteine erreicht. Zuerst wurde untersucht, wo weltweit die geologischen Begebenheiten so sind, dass mit der modernen Methode der Lithium-Extraktion als Nebenprodukt der Geothermie entsprechende Projekte gestartet werden können. Ergebnis war: ideale Bedingungen für die Gewinnung von Lithium im Oberrheingraben einerseits und einem Gebiet Kaliforniens andererseits.

Anschließend folgte eine Studie, die „höchst positiv“ ausfiel. Ein Liter Thermalwasser enthält im Schnitt 181 Milligramm des Elements Lithium. Die Temperatur ist bereits ab 2.000 Metern Tiefe ausreichend für geothermische Stromerzeugung. Und die Menge ist brauchbar: So werden 80 bis 100 Liter Thermalwasser pro Sekunde nach oben gefördert. Pro Bohrung gibt es so ein Rohstoff-Potenzial von ca. 400 Tonnen Lithiumkarbonat pro Jahr.

Mittlerweile hat Vulcan ein Team aus erfahrenen Partnern gebildet, um eine Machbarkeitsstudie anzuschließen. Gleichzeitig wurde eine Partnerschaft mit einem Betreiber eines Geothermiekraftwerks geschlossen, um in Rheinland-Pfalz eine Anlage zu bauen. Auch Volkswagen zeigt Interesse.

Lithium für Elektroautos abbauen

Gelingt dies in der Anlage, soll auch eine Demonstrationsanlage entstehen. Läuft alles nach Plan, wird ab 2022 die Lithium-Gewinnung beginnen, und das Element für die Nutzung in der Autoindustrie vermarktet. Wedin nennt das „Zero Carbon Lithium“. Der Unternehmer möchte zum ersten Anbieter des weißen Goldes werden, das ohne CO2-Emissionen auskommt.

Dabei spricht für den Standort Deutschland auch, dass es für die geothermische Energie eine Vergütung von 25 Cent pro Kilowattstunde gibt. Das erleichtert die Wirtschaftlichkeit der Vorhaben enorm. Und: Hierdurch benötigt das Verfahren keine Energie von außen.

Dennoch haben Experten Zweifel, ob die Realisierung rentabel sein wird, wie Wedin und Kreuter sich dies vorstellen. Michael Schmidt, Geologe bei der Deutschen Rohstoffagentur, sagt: „Es gibt verschiedene Verfahren. Inwiefern diese im Zusammenhang mit dem Betrieb von Geothermie-Anlagen umgesetzt werden können, ist noch ungeklärt“, so Schmidt.

Bringt Vulcan Energy die Geothermie in Schwung?

Wedin und Kreuter könnten mit ihrem Mut jedenfalls zwei wichtige Weichen für Deutschland und Europa stellen: Einerseits endlich die Nutzung der Geothermie etablieren, andererseits die Förderung von Lithium aus europäischen Quellen in Schwung bringen. Für die E-Mobilität mit ihren Lithium-Batterien wäre es ein großer Sprung, wenn der schwarze Fleck auf dem weißen Gold verschwinden würde.

Tesla plant Lithiumhydroxid-Raffinerie in Texas

Immer bedeutsamer wird mittlerweile auch die Verarbeitung des geförderten Lithium zu Lithiumhydroxid. Pikant dabei: Bislang gibt es fast nur entsprechende Kapazitäten in China. Rock Tech Lithium will das für Europa ändern, und peilt eine Lithiumhydroxid-Raffinerie im brandenburgischen Guben an. Und Tesla hat im September 2022 angekündigt, eine eigene Lithiumhydroxid-Raffinerie in Texas errichten zu wollen.

Sollte das Lithium-Projekt genehmigt werden, könnte Tesla nach eigenen Angaben bereits im vierten Quartal 2022 mit dem Bau beginnen, so dass die kommerzielle Produktion von Lithium als Hydroxid bis Ende 2024 erreicht werden könnte. Für den Autobauer ist klar: Wenn es Engpässe gibt, dann werden diese möglichst durch Eigeninitiative beseitigt. So wie zumindest teilweise in der Herstellung von Batterien oder eben auch bei Lithiumhydroxid.

(Dieser Beitrag entstand ursprünglich am 22. Juni 2020, ist am 23. September 2022 erweitert worden.)
% S Kommentare
  1. M. DeMille sagt

    Dann möchte ich darauf hinweisen, dass der Energieverbrauch bei der Gewinnung von Li aus dem Tiefenwasser auch mit Energieverbrauch verbunden ist und zwar ist dieser mit 55% nicht unerheblich. Zweitens möchte ich fragen, warum man vor hat das Wasser aus der Pfalz in eine Anlage in Frankfurt zu bringen und dort aufbereiten zu lassen. Das „Produkt“ wird dann wieder von Frankfurt, wahrscheinlich in Tanklaster in die Pfalz nach Insheim oder Landau zurück gebracht. Auch nicht ohne CO2 Abdruck. Drittens möchte ich fragen, ob die Herren schon davon gehört haben, dass sich in Karlsruhe eine Firma etabliert hat, die Batterien ohne Li herstellt. Ein bisschen mehr Realität bei den zahlreichen, überbordernden Aussagen wäre schon angesagt.

    1. Martin Jendrischik sagt

      Hallo, welche Firma aus Karlsruhe hat Batterien ohne Lithium etabliert? Gerne auch direkt an mich via mj@cleanthinking.de.

      Beste Grüße,
      Martin Jendrischik

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