Lithium aus geothermalen Solen im Oberrheingraben: Fraunhofer ISE entwickelt mit Partnern neues Verfahren zur direkten Lithiumgewinnung

Obwohl bereits verschiedene Verfahrensansätze zur Lithium-Gewinnung aus Thermalwasser in der Entwicklung sind, ist bislang noch keine marktreife Technologie verfügbar. »ThermIon« will eine umweltfreundliche, wirtschaftlich attraktive und innovative, zunächst für Lithium geeignete Extraktionstechnologie entwickeln und demonstrieren. Dabei soll die gesamte Prozesskette von der Vorbehandlung der Sole, über die Lithiumextraktion, die Lithiumkarbonat- oder Lithiumhydroxydkristallisation bis zur kontrollierten Rückführung der Sole berücksichtigt werden. Dafür wird das Forschungsteam zunächst die Lithiumressourcen in den geothermalen Grundwasserleitern des Oberrheingrabens anhand von geohydrologischen Untersuchungen und Simulationen in Hinblick auf Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit bewerten.

Die Herausforderung besteht darin, das Lithium selektiv aus diesen geothermalen Wässern zu extrahieren, ohne dabei deren komplexes geochemisches Gleichgewicht zu stören und das Ausfallen von weiteren Inhaltsstoffe wie z.B. Silikate und Kalzite zu riskieren. Letzteres wäre mit erheblichen technischen Risiken für den Betrieb der Geothermieanlage verbunden.

In »ThermIon« wird deshalb die Direct-Lithium-Extraction-(DLE)-Technologie weiterentwickelt, da diese hochselektiv nur das Lithium aus der Sole extrahiert und die anderen Elemente unberührt lässt. Die besondere Herausforderung an die DLE-Technologien besteht darin, diese auch unter hohen Temperaturen und sehr hohen Drücken von bis zu 30bar über lange Zeiträume zu betreiben. Das Forschungsteam setzt dabei auf das Verfahren der »Lithium-Ionen-Pumpe«, zu dem das Team erste Vorversuche im Labor durchgeführt hat. Diese »Pumpe« lagert, angetrieben durch ein elektrisches Feld, Lithium-Ionen in eine spezielle Lithium-Mangan-Oxyd -Elektrode ein und setzt diese bei Umkehr der Polarität wieder in eine Rückgewinnungslösung frei. Dadurch kann eine konzentrierte Lithiumchlorid-Lösung mit hoher Reinheit gewonnen werden. Dr. Joachim Koschikowski, Projektleiter von »ThermIon« und Leiter der Gruppe Wasseraufbereitung und Stofftrennung am Fraunhofer ISE, zu den Zielen des Projekts: "Ich bin optimistisch, dass unser Verfahren auch im größeren Maßstab funktioniert und wir Lithium zukünftig während des Betriebs einer Geothermieanlage direkt aus der Sole gewinnen werden. Durch die Entwicklung werden wir einen Beitrag dazu leisten, die Rohstoffversorgung in Europa aus heimischen Quellen zu verbessern."

Aufgrund der guten Vergleichbarkeit des Thermalwassers mit anderen Standorten im Oberrheingraben sei die Übertragbarkeit der Ergebnisse des Vorhabens auf die 13 geplanten Geothermie-Projekte, die sowohl als reine Wärme- oder Strom- und Wärmeprojekte entstehen können, gegeben. Das Verfahren ist grundsätzlich auch für die Extraktion anderer Wertstoffe geeignet.

Das Fraunhofer ISE übernimmt die Projektleitung. Daneben sind folgende Partner aus Forschung und Industrie an »ThermIon« beteiligt: BWG Geochemische Beratung GmbH, Deutsche ErdWärme GmbH, DVGW-Forschungsstelle am EBI des KIT, Hydroisotop GmbH, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Department of Geothermal Research, K-UTEC AG Salt Technologies, Universität Bremen -Chair of Energy Storage and Energy Conversion Systems, VKTA - Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf e.V.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) für drei Jahre mit rund 2,6 Millionen Euro gefördert.