Cleanthinking.de
Sauber in die Zukunft

Werbung

Lithium für Elektroautos: Weißes Gold mit schwarzem Fleck

4 1.465

Cleantech-Unternehmen will Geothermie mit Lithium-Gewinnung koppeln – und Europas größtes Förderprojekt im Oberrheingraben starten.

Es ist die dringlichste Herausforderung der Elektromobilität und heutiger Batteriespeicher: Wie kann der stark wachsende Lithium-Bedarf nachhaltig gedeckt werden? Bisherige Abbaumethoden (Verdunstungstechnologie, Bergbau) sind umstritten wegen hohem Wasserverbrauch, lokaler Umweltverschmutzung oder großem CO2-Fußabdruck. Zudem dominiert China zu 80 Prozent den Markt – für europäische Autobauer ein wachsendes Problem. Es braucht bessere Alternativen, die das kleine Cleantech-Unternehmen Vulcan Energie Ressourcen GmbH gerade auslotet: Mitten in Baden-Württemberg.

Die Corona-Pandemie beschleunigt zwei Trends unmittelbar. Einerseits die Abkehr von der Verbrennung von Öl, Gas und Kohle. Die großen Ölkonzerne nehmen bereits Abschreibungen und somit Wertberichtigungen vor, weil sie mit einer schnelleren Abkehr von fossilen Rohstoffen rechnen. Damit einhergehend wird auch der Trend zu Elektroautos und Stromspeichern auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien verstärkt – und der Bedarf an Rohstoffen wie Lithium ebenfalls.

Die Grafik der Deutschen Rohstoffagentur bietet drei Szenarien, die darstellen sollen, wie sich die Lithium-Nachfrage verändern könnte. Im ersten Szenario sind bis 2025 zehn Millionen Elektroautos mit einer Batteriekapazität von 370 Gigawattstunden auf den Straßen – würde für die Lithium-Nachfrage im Vergleich zu 2018 ein Wachstum von 50 Prozent bedeuten.

Geht man allerdings von einem schnelleren Wachstum der Elektromobilität aus, wird eine Nachfrage von 810.200 Tonnen LCE (600 Gigawattstunden) bzw. sogar 1.200.000 Tonnen LCE (1.000 Kilowattstunden) erwartet. Dabei, so betont die Deutsche Rohstoffagentur, werden die Zahlen gerade für eine Studie, die 2021 erscheinen soll, überarbeitet.

Lithium-Nachfrage bis 2025 laut Deutscher Rohstoffagentur
Szenarien Lithium-Nachfrage laut Deutscher Rohstoffagentur

Die Zahlen verdeutlichen aber, wie rasant die Nachfrage nach Lithium zunehmen wird. Im Gegensatz zu Kobalt – nicht nur Tesla und CATL arbeiten an kobaltfreien Lithium-Ionen-Akkus – ist das Ersetzen in der Akku-Technologie einfacher. Lithium wird mit seiner besonderen Leitfähigkeit noch längere Zeit gebraucht – bis eines Tages möglicherweise eine Magensium-Batterie oder eine ganz andere Batterietechnologie auf den Markt kommt. Kurzfristig ist das weiße Gold aber nicht ersetzbar.

Andererseits gibt es die Tendenz dazu, Abhängigkeiten von Produktion oder Rohstoffen auf anderen Kontinenten zu reduzieren – grüner Stahl soll unbedingt in Europa hergestellt werden, bei der Produktion wichtiger Arzneimittel will man sich nicht länger auf China verlassen – und letztlich gilt das auch für die Nutzung vorhandener Ressourcen etwa in Europa, selbst dann, wenn diese teurer zu fördern sind. Global ausgerichtete Lieferketten sollen verkürzt werden, um auch den bislang ungezügelten, günstigen, aber CO2-intensiven Warentransport einzuschränken.

Europäische Autohersteller wie Volkswagen bemühen sich um einen geringen CO2-Fußabdruck bei der Lithium-Lieferkette. Insbesondere für den chinesischen Markt hat sich der VW-Konzern über eine Partnerschaft mit GanfengLithium aus China Zugang zum Rohstoff besorgt. Lesen Sie mehr dazu hier: Volkswagen sichert sich Lithium-Zugang durch Vertrag mit Ganfeng.

Europäische Förderstätten für Lithium sind aber bislang nur ansatzweise vorhanden, wie beispielsweise in Portugal. Den Weltmarkt bestimmen Australien, Südamerika (Chile, Bolivien, Argentinien) und China.

Lithium aus dem Tagebau hat ein CO2-Problem

Heute geschieht die Lithium-Förderung 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 hauptsächlich vom chinesisch-amerikanischen Unternehmen Talison Lithium betrieben.

Gefällt Ihnen dieser Artikel? Dann verpassen Sie nichts mehr – und tragen Sie sich in unseren Newsletter ein. Mehr dazu hier auf unserer Unterstützen-Seite oder direkt rechts von hier in der Sidebar.

Problem dabei: Nach dem Abbau muss das Gestein mit fossilen Brennstoffen geröstet werden, damit Lithiumhydroxid entsteht, das für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien ideal geeignet ist. Dieser Prozess ist – neben dem reinen Abbau mit Diesel-fressenden Mining-Trucks – sehr CO2-intensiv.

Würden alle Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien elektrifiziert und das Lithium aus solchen Hartgesteinsminen („Hard-rock mines“) gewonnen, würde diese Rohstoffversorgung einem CO2-Fußabdruck von mehr als einer Milliarde Tonnen Kohlendioxid entsprechen.

Portugiesische Bevölkerung wehrt sich

In Portugal sind die größten europäischen Vorkommen, die auf gleiche Weise abgebaut werden können. Das britische Unternehmen Savannah Resources beispielsweise hat sich hier die Rechte am Lithium-Projekt Mina do Barroso gesichert. Die EU wünscht sich, dass Portugal zum großen Lithium-Lieferanten wird – der zuständige Staatssekretär João Galamba will 11 Minen errichten, verteilt über das ganze Land. Der Traum geht noch weiter: Neben Batteriefabriken könnte in Porto auch eine Lithium-Raffinerie entstehen.

Doch Bürger und Umweltschützer sind in Sorge: Krater-Landschaften könnten entstehen, Wasser verunreinigt werden. Und das in Regionen, die von besonderer Landwirtschaft, von der Natur leben, die nicht angegriffen wird. Die Gedanken der Regierung wecken Erinnerungen an den Abbau von Wolfram oder Granit in den Regionen – und die Löcher, die diese Maßnahmen hinterlassen haben. Noch ist der portugiesische Lithium-Krieg nicht entschieden.

Mehrere Verdunstungsbecken für die Lithium-Förderung in Chile.
Lithium-Abbau nach der Verdunstungsmethode (Bild: SQM)

Weißes Gold aus der Sole in Chile, Bolivien und Argentinien

Als weitere Methode der Lithium-Förderung gibt es die sogenannte Sole-Methode, die insbesondere in Südamerika, im Lithium-Dreieck, das aus Chile, Bolivien und Argentinien besteht, genutzt wird. Die Methode ist deutlich weniger CO2-intensiv als der Spodumen-Abbau: 2018 machten beiden Methoden jeweils rund die Hälfte des Weltmarktes aus – nach einer Ökobilanz war der Anteil der Emissionen bei Spodumen (70 %) wesentlich höher im Vergleich zu Sole (30 %).

Die Bedingungen für den Lithium-Abbau sind dort gut: Unter der Salzkruste des Salar de Atacama befinden sich große Vorkommen einer salzreichen Lösung mit etwa 70 Prozent Wasseranteil, die sogenannte Sole. Ihr Salzanteil ist mit insgesamt mehr als 300 Kilogramm pro Kubikmeter an Natrium, Magnesium, Lithium, Kalium und Bor vergleichsweise hoch.

Sie enthält mehr als zehn Mal mehr Salz als Meerwasser und ist deswegen weder als Trinkwasser für Menschen oder Tiere noch für die Landwirtschaft zu gebrauchen. Die Sole besteht aus 200-mal mehr gelösten Feststoffen (TDS) als Trinkwasser und 70-mal mehr als Wasser, das für landwirtschaftliche Bewässerung verwendet werden darf.

Weitere ökologische Bedenken

In Südamerika gibt es bei der Verdunstungsmethode aber noch weitere ökologische Bedenken: Der Wasserverbrauch in der Atacama-Wüste ist zumindest nicht unerheblich. Die Zahlen hierzu variieren sehr stark in der öffentlichen Diskussion. SQM einer der großen Lithium-Förderer, der in Südamerika tätig ist, sieht seine vom Öko-Institut geprüften Methoden zu Unrecht an den Pranger gestellt.

Aber: Die Verdunstungsmethode kann mehr als ein Jahr dauern, Wettereinflüsse erschweren die Ertrags-Kalkulation. SQM verfügt derzeit über die Kapazität zur Herstellung von etwa 70.000 Tonnen Lithiumkarbonat pro Jahr. Die Abnehmer sind verschiedene Branchen, in erster Linie Batterie- und Elektronikhersteller. Aber auch die Glas-, Bauchemie- und Keramikindustrie wird beliefert.

Der eigene Prozess sei vollständig natürlich, würde im Kern mit Sonnenenergie funktionieren – und Chemie würde auch keine eingesetzt, heißt es. Und: Insbesondere für Chile sei die seit 25 Jahren bestehende Lithium-Förderung eine große Devisen-Einnahmequelle, ein wichtiger Wirtschaftsfaktor. Nach eigener Aussage zahlt SQM pro Jahr bis 10 bis 15 Millionen US-Dollar an die Dörfer, die vom Lithium-Abbau in der Atacama-Wüste betroffen sind. Die Regionalregierung und die Gemeinden erhielten überdies eine Gewinnbeteiligung von 1,7 Prozent.

Letztlich zeigt sich: Lithium ist das weiße Gold mit einem schwarzen Fleck – aus Umwelt-, Klima- und geopolitischer Sicht sind die bisherigen Methoden und Regionen, wo das weiße Gold aus dem Boden oder Berg geholt wird, aus europäischer Perspektive nicht ideal. Mit steigendem globalem Bedarf, wächst der Druck, Alternativen zu finden.

Alternative: Geothermie und Rohstoff-Förderung in Deutschland?

Die unschöne Situation, die auch die Autokonzerne mit ihren Versprechungen klimaneutraler Fahrzeuge in Bedrängnis bringt, könnte ausgerechnet in Deutschland zum Positiven gewendet werden. Denn Dr. Francis Wedin und Dr. Horst Kreuter Cleantech-Unternehmen 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 Lithium-Extraktion als Methode, die rasch auch bei der Lithium-Gewinnung an Bedeutung gewinnt.

„Die Region des Oberrheins ist ein Grabensystem. In diesem Graben sind die Reservoirgesteine wie etwa Buntsandstein unterschiedlich tief abgesunken“, erklärt Kreuter gegenüber Cleanthinking.de. Dabei stehe die Lithiumkonzentration in Korrelation zur Temperatur: Je höher die Temperatur desto größer der Lithiumgehalt. Regionen in denen die Reservoirgesteine tiefer liegen, haben eine höhere Lithiumkonzentration, da die Temperatur mit der Tiefe zunimmt.

Noch in diesem Jahr wollen Kreuter und Wedin die bislang noch existierende australische Muttergesellschaft Vulcan Energy Resources nach Karlsruhe umziehen. Das zeigt, wie Ernst es die Unternehmer meinen.

Lithium-Extraktion: Zwei Stufen bis zum Lithiumhydroxit

Auch bei der Methode der Lithium-Extraktion, die Kreuter und Wedin anwenden wollen, wird das Lithium als Teil von Wasser tief aus dem Boden geholt. Für die Trennung von Wasser und Lithium ist aber keine Verdunstung notwendig, sondern ein spezielles Verfahren.

Die Lithium-Extraktion 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 Lithium-Konzentration zu maximieren. Danach folgt z.B. über ein Ionenaustauscher der letzte Schritt – das Lithiumhydroxid kann direkt an Akkufabriken oder die Automobilindustrie geliefert werden.

„Besonders gut eignen sich also die Gebiete des Oberrheingrabens für die Lithium-Extraktion, die hohe Temperatur, hohe Lithiumgehalte und tiefliegendes Reservoirgestein ausweisen“, so Kreuter. Diese Eigenschafen träfen aber nicht nur für die genannte Region zu, sondern beispielsweise auch auf das Elsass im deutsch-französischen Grenzgebiet.

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 des Reservoirs Buntsandstein“, so Kreuter. Im gesamten Oberrheingraben seien die Vorräte noch deutlich größer.

Vulcan Energie Ressourcen; Mehrere Meilensteine erreicht

In den vergangenen Monaten hat das Cleantech-Unternehmen Vulcan Energy Resources wichtige Meilensteine erreicht. Zuerst wurde untersucht, wo weltweit die geologischen Begebenheiten so sind, dass mit der modernen Methode der Lithium-Extraktion quasi als Nebenprodukt der Geothermie entsprechende Projekte gestartet werden können.

Ergebnis war: ideale Bedingungen im Oberrheingraben einerseits und einem Gebiet Kaliforniens andererseits. Auch aufgrund der aktuellen politischen Vorteile Europas mit der Ausrichtung auf Klimaschutz durch den European Green Deal und die Aktivitäten der Bundesregierung, entschieden sich die Unternehmer, ihren Geschäftssitz in Australien um einen weiteren Standort in Karlsruhe zu ergänzen.

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

Pre-Feasibility-Studie hat begonnen

Mittlerweile hat Vulcan ein Team aus erfahrenen Partnern zusammengestellt, um eine erste Machbarkeitsstudie (Pre-Feasibility) anzuschließen. Gleichzeitig wurde eine Partnerschaft mit einem Betreiber eines Geothermiekraftwerks im Oberrheingraben geschlossen, um in Rheinland-Pfalz eine erste Pilotanlage zu bauen.

Außerdem hat Vulcan mit EIT InnoEnergy einen der größten europäischen Investoren in nachhaltige Energieinnovationen für sein Projekt gewonnen. Neben einer sechsstelligen Finanzspritze wird EIT InnoEnergy Vulcan unter anderem dabei unterstützen, weitere Investoren für das Projekt zu gewinnen, potenzielle Kunden beispielsweise aus der Automobilbranche zu überzeugen, und Verbindungen zu den politischen Entscheidungsträgern auf regionaler, nationaler und EU-Ebene herzustellen.

Vulcan Energy Resources hat sich eine Reihe von Lizenzen gesichert.
Lizenzen von Vulcan Energy Resources

„Wir gehen davon aus, die noch notwendigen Abstimmungen für die Pilotanlage zur Lithium-Extraktion noch dieses Jahr abschließen zu können“, so Kreuter zu Cleanthinking.de. „Der Prozess der direkten Lithium-Extraktion ist zwar bekannt und großtechnisch umgesetzt. Heute werden schon 19 Prozent des Lithiums durch diesen Prozess erzeugt. Im Zuge der weiteren technischen Entwicklung muss der Prozess aber noch an die Zusammensetzung des Thermalwassers hier im Oberrheingraben angepasst werden.“

Wird weißes Gold ab 2022 klimaneutral gefördert?

Gelingt dies in der Pilotanlage, soll neben einer finalen Machbarkeitsstudie auch eine Demonstrationsanlage entstehen. Läuft alles nach Plan, könnte ab 2022 Lithium gefördert und für die Nutzung in der Autoindustrie vermarktet werden. Wedin nennt das „Zero Carbon Lithium“ – und möchte sein Unternehmen zum ersten Anbieter von Lithium machen, das ohne CO2-Emissionen an die Autoindustrie geliefert wird.

Dabei spricht für den Standort Deutschland auch, dass es für die geothermisch erzeugte Energie eine Einspeisevergütung von 25 Cent pro Kilowattstunde gibt – das erleichtert die Wirtschaftlichkeit der Vorhaben enorm. Und: Durch die Geothermie-Erzeugung als Basis des Projekts, benötigt die Lithium-Extraktion keine zusätzliche Energie von außen.

Dennoch haben Experten Zweifel, ob die Rentabilität so einfach gelingen wird, wie Wedin und Kreuter sich dies vorstellen. Michael Schmidt, Geologe bei der Deutschen Rohstoffagentur, sagt: „Die Gewinnung von Lithium aus Thermalwasser, das aus großen Tiefen gefördert wird, ist sicherlich ein interessantes Thema im Hinblick auf die Lithiumgewinnung aus heimischen Quellen.“ Es gäbe grundsätzlich verschiedene Verfahren, um Lithium aus wässrigen Lösungen zu extrahieren. „Inwiefern diese Verfahren im Zusammenhang mit dem Betrieb von Geothermieanlagen im Oberrheingraben umgesetzt werden können, ist jedoch bisher nicht geklärt“, so Schmidt.

Sowohl beim Projekt von Vulcan Energie Ressourcen als auch bei einem vergleichbaren Vorhaben der EnBW in Bruchsal, handele es sich zunächst lediglich um kleintechnische Versuchsanlagen. „Hier müssen zunächst technische Sicherheit und Wirtschaftlichkeit nachgewiesen werden“, so Schmidt. Aus heutiger Sicht sei es daher noch nicht absehbar, ob eine kommerzielle Lithiumgewinnung aus dem Thermalwasser im Oberrheingraben möglich sei. Es brauche Mut, um nun in diese Methoden zu investieren, so Schmidt.

Bringt Vulcan die Geothermie und die deutsche Förderung in Schwung?

Wedin und Kreuter könnten mit ihrem unternehmerischem Mut jedenfalls zwei entscheidende Weichenstellungen für Deutschland und Europa voranbringen: Einerseits endlich die Nutzung der Geothermie etablieren, andererseits die mangelhafte Förderung von Lithium aus europäischen Quellen in Schwung bringen. Für die Elektromobilität, für die Batteriespeicher-Branche insgesamt wäre es ein großer Sprung, wenn der schwarze Fleck auf dem weißen Gold verschwinden würde.

Und bei allem Fokus auf die Förderung von Lithium mit unterschiedlichen Methoden aus verschiedenen Regionen der Welt – es darf keinesfalls vergessen werden, das Batterie-Recycling zu verbessern. In Deutschland arbeitet das Cleantech-Unternehmen Duesenfeld daran, international hat Northvolt gerade ein Recyclingzentrum angekündigt – und auch einer der sechs Trümpfe, die Tesla-CEO Elon Musk in der Hand hält, dürfte die ressourceneffiziente Nutzung der Batterie-Rohstoffe sein.

Quellen und Recherche: Für diesen Artikel „Lithium: Weißes Gold mit dem schwarzen Fleck“ wurde umfangreich recherchiert. Die wichtigsten Dokumente, wie etwa Studien oder Firmenpräsentationen oder Pressemitteilungen, können hier eingesehen werden.

VG Wort Identifikation
% S Kommentare
  1. […] Lithium mit Tesla wird zwischen Juli 2022 und Juli 2023 beginnen – und soll 160.000 Tonnen Lithium-Hydroxit pro Jahr umfassen. Das entspricht ungefähr einem Drittel der SC6-Produkt von Piedmont des Projekts in North […]

  2. […] betonte Elon Musk in der gut zweistündigen Präsentation beim Battery Day. Zur Förderung des weißen Goldes mit dem schwarzen Fleck kündigte Tesla einen neuen, effizienteren und umweltschonenderen Prozess […]

  3. […] anderen Cleantech-Startup: Redwood Materials. Das Spezialgebiet von Redwood: Die Rückgewinnung von Lithium, Kobalt oder Nickel aus alten Smartphones, und anderer […]

  4. […] Rohstoffe wie Kobalt, Nickel oder Mangan verzichten. Das durchaus ebenfalls nicht unproblematische weiße Gold Lithium, bleibt aber vorerst erhalten. Vorteil der neuen Batterien: Sie haben eine hohe Energiedichte und […]

Hinterlasse eine Antwort

Ihre Email-Adresse wird nicht veröffentlicht.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.