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Lithium aus Deutschland

Lithium ist als essenzieller Rohstoff für die Batterien von Elektroautos derzeit in aller Munde: Die Abbaubedingungen in den Lithium-fördernden Ländern sollen miserabel sein, die Preise für das Leichtmetall steigen stetig. Doch was ist Lithium eigentlich? Und wie stehen die Chancen für die Gewinnung von Lithium aus Deutschland und Europa?

Was ist Lithium?

Lithium ist ein Leichtmetall. Es hat als chemisches Element das Symbol Li hat. Als Spurenelement kommt es in Form von Salzen beispielsweise in Mineralwasser in geringen Konzentrationen vor. Für den menschlichen Körper hat es jedoch keine biologische Funktion. Medizinische Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch vorhanden, diese werden als Lithiumtherapie bezeichnet.

Lithium kommt auf der Erde in zwei Formen vor: Als Mineralien in Lithium-Pegmatiten (sogenannte primäre Lagerstätten) und als Lithium-Salze (sekundäre Lagerstätten).

Lithium-Pegmatiten – grobkörnige magmatische Gesteine – haben einen Lithium-Gehalt von bis zu 9 %. Die Gewinnung des Lithiums aus dem Gestein ist mit großem Aufwand verbunden und spielt daher nur eine untergeordnete Rolle. Der Prozess für die Extraktion von Lithium aus den Gesteinen setzt klassischen Bergbau voraus, benötigt große Mengen Energie und setzt viel CO2 frei. Bekannte Gebiete, in denen solche Lithium-Pegmatiten vorkommen, sind unter anderem West-Australien, Kanada und Russland.

Lithium-Salze findet man insbesondere in der Form von Lithiumchlorid (LiCl) in Salzlaugen und Salzseen. Die Gewinnung von Lithiumchlorid hat den maßgeblichen Anteil an der heutigen Lithium-Gewinnung. Darin kann die Konzentration des Lithium theoretisch bis zu 1 % betragen. In der Realität liegt die höchste bekannte Konzentration jedoch nur bei 0,16 % (Chile). Bekannte Gebiete, in denen derzeit Lithium aus Salzseen gewonnen wird, sind Chile, Argentinien und Bolivien. Doch auch die Weltmeere spielen eine zunehmend wichtige Rolle, da in ihnen insgesamt ca. 230 Mio. Tonnen Lithium gelöst sind.

Abgesehen von den Weltmeeren sind derzeit weltweit Vorkommen von insgesamt ca. 54 Mio. Tonnen Lithium bekannt. Vorreiter bei den Lithium-Vorkommen sind Argentinien (knapp 10 Mio. Tonnen), Bolivien (ca. 9 Mio. Tonnen) und Chile (gut 8 Mio. Tonnen).

Um Lithium aus Salzwasser zu gewinnen, wird zunächst salzhaltiges Grundwasser aus den Tiefen der Erde an die Oberfläche gepumpt. Dort wird es in einem mehrere Monate dauernden Prozess durch verschiedene Teiche geleitet, in denen immer mehr Wasser meist unter der Sonne verdunstet. Zurück bleiben Salze, die jedoch neben Lithium u.a. auch Bor und Magnesium enthalten. Dieses wird deshalb anschließend in Aufbereitungsanlagen herausgefiltert und zurück in den Salzsee geleitet.

Warum steht die Lithium-Gewinnung in der Kritik?

In Chile, wo heute ein großer Teil des Lithiums gewonnen wird, ist das Grundwasser ohnehin knapp: In 2020 leidet Chile unter einer großen Dürre, nahezu die gesamte Wasserversorgung ist privatisiert – ein Einzelfall auf der Welt. Durch den oben beschriebenen Verdunstungs-Prozess zur Gewinnung von Lithium gehen zusätzlich große Anteile des Grundwassers verloren. Durch den hohen Wasserverbrauch bei der Lithiumgewinnung fehlt den Einheimischen daher Wasser, das bspw. für die Viehzucht benötigt wird. Zudem führt der Wassermangel zum Vertrocknen der Pflanzenwelt.

Pro kWh Akku-Kapazität werden aktuell ca. 200 Gramm Lithium benötigt. Für eine Batterie mit 100 kWh Kapazität wären das entsprechend 20 kg.

Geht man von einer optimalen Konzentration von 0,16 % Lithium je Liter salzhaltigen Grundwassers aus, benötigt man je kWh also 125 Liter Wasser für die Produktion, das den Menschen vor Ort verloren geht. In der Praxis dürfte der Wert noch höher liegen, da in der Realität vermutlich nicht das gesamte Lithium aus dem Wasser extrahiert werden kann.

Um die benötigte Menge von 20 kg Lithium aus dem Grundwasser herauszufiltern und einen 100 kWh Akku herzustellen, werden also 12.500 Liter Wasser (12,5 Kubikmeter) benötigt – eine erhebliche Menge. Um das ganze in Relation zu bringen: Der durchschnittliche Wasserverbrauch einer in Deutschland lebenden Person beträgt ca. 123 Liter pro Tag, also knapp 45.000 Liter pro Jahr (45,5 Kubikmeter).

Im Jahr 2018 lag der Weltbedarf nach Lithium bei ca. 85.000 Tonnen. Unterstellt man, dass die Gewinnung vollständig aus Salzen mit einem Gehalt von 0,16 % hervorging, entspricht dies einem Wasserbedarf von unglaublichen 53 Mrd. Litern. Bis 2025 könnte der Bedarf gar über 200 Tonnen Lithium pro Jahr ansteigen – eine Steigerung um knapp 150%.

Optimaler Lithium-Gehalt je 1 Liter Grundwasser0,16 %
Benötigte Menge Wasser je 1 kg Lithium625 Liter
Benötigte Menge Lithium je kWh Akku-Kapazität200 Gramm
Benötigte Menge Wasser je kWh Akku-Kapazität125 Liter
Benötigte Menge Wasser für einen 100 kWh-Akku12.500 Liter
Benötigte Wassermenge für den Weltbedarf von 85.000 Tonnen Lithium im Jahr 201853,125 Mrd. Liter
Lithium-Bedarf 201885.000 Tonnen
Prognostizierter Lithium-Bedarf 2025212.000 Tonnen
Übersicht zum Lithium- und Wasser-Bedarf weltweit.

Weitere relevante Bestandteile eines Akkus sind übrigens Kupfer, Aluminium, Nickel, Graphit und Kobalt – auf diese Rohstoffe werde ich in einem anderen Artikel eingehen. Insbesondere Kobalt wird ebenfalls oft als kritisch erachtet.

Lithium-Quellen in Europa

Die europäischen Lithiumvorkommen sind im Vergleich zum Rest der Welt klein. So verfügt Serbien schätzungsweise über 1 Mio. Tonnen Lithium, Portugal über 100.000 Tonnen und Österreich über 50.000 Tonnen. Andere Forscher gehen davon aus, dass auch in Sachsen und im angrenzenden Tschechien erhebliche Mengen Lithium im Gestein verborgen sind.

Aufgrund der weltweiten Preisentwicklung von Lithium wird die „heimische“ Förderung jedoch zunehmend attraktiver. Der Preis pro Tonne Lithiumhydroxid könnte aufgrund des wachsenden Bedarfs im Jahr 2025 auf bis zu 16.500 Dollar ansteigen. Damit wird auch die vergleichsweise aufwändige Förderung hierzulande wirtschaftlicher. Dazu kommt, dass die europäische Industrie – allen voran die Automobilindustrie, die dringenden Nachholbedarf in Sachen Elektromobilität hat – sich unabhängiger vom Weltmarkt machen könnte.

Das Unternehmen European Lithium versucht beispielsweise, im österreichischen Wolfsberg, 270 km südwestlich von Wien, Lithium durch Bergbau zu gewinnen. Aktuell liegt eine Vorab-Machbarkeitsstudie vor, die das Vorhaben befürwortet.

Auch im portugiesischen Covas soll ein Bergwerk mit rund 300 Arbeitsplätzen entstehen, in dem Lithiumhydroxid gewonnen werden soll. Problematisch: Die Region Barroso gehört zum UNO-Landwirtschaftserbe. Die Einwohner fürchten um ihre Natur und um die Verunreinigung ihres Trinkwassers.

In Serbien läuft am Standort Jadar ein Forschungsprojekt, das aktuell positiv auf eine Lithiumförderung blickt. Eine entsprechend Vorab-Machbarkeitsstudie liegt vor. Wenn alles gut geht, soll um 2024 soll die Förderung an diesem Standort beginnen.

Lithium-Projekte in Deutschland

In Deutschland befinden sich insbesondere im Oberrhein schätzungsweise 14 Mio. Tonnen Lithium. Entsprechend gibt es derzeit gleich mehrere Projekte verschiedener Unternehmen, die eine Lithium-Förderung planen und Lithium aus Deutschland voran bringen wollen.

Die Firma Vulcan Energie mit Sitz in Australien ist eine davon. In Insheim in der Nähe von Karlsruhe soll dazu ein Geothermiekraftwerk umgebaut werden. Die Idee dahinter: Bei der Geothermie wird ohnehin salzhaltiges Thermalwasser aus knapp 2.000 Metern Tiefe an die Erdoberfläche gepumpt. Darin steckt aber nicht nur Wärme, sondern auch Lithiumcarbonat. Statt dem Wasser also nur die Wärme zu entziehen und es anschließend wieder zurück in die Tiefe zu pumpen, soll auch das Lithium extrahiert werden. Bis zu 90 % des in der Sole enthaltenen Lithiums sollen damit abgeschöpft werden können.

Das „direkte Lithium-Extraktion“ genannte Vorgehen dabei ist ähnlich zu dem Vorgehen, das auch in Chile und anderen Ländern angewandt wird: Das Wasser wird gefiltert und anschließend verdampft, um die Konzentration der Salze zu erhöhen. In einem Ionenaustauscher wird schließlich Lithiumhydroxid gewonnen, das in den Akkufabriken weiterverwertet werden kann. Noch im Jahr 2020 soll der Pilotbetrieb im pfälzischen Insheim starten.

Auch EnBW verfolgt den Weg, Lithium-Chlorid im Zuge der Geothermie-Gewinnung zu extrahieren. Ebenfalls nahe Karlsruhe soll das Geothermiekraftwerk Bruchsal entsprechend umgebaut werden. Erste Tests im Labor wurden bereits erfolgreich absolviert.

In sächsischen Freiberg zwischen Dresden und Chemnitz arbeiten Forscher darüber hinaus an einem Verfahren, Lithium im Tiefbergbau aus Zinnwaldit zu gewinnen. Das Verfahren beruht darauf, dass Hohlräume unter Tage vermieden werden, indem die Erze direkt unter der Erdoberfläche extrahiert und nur diese abtransportiert werden. Das restliche Material verbleibt unter der Erde. Doch der oben erwähnte Nachteil, dass zur Extraktion große Mengen Energie aufgewandt werden müssen, besteht auch bei dieser Methode. Die Forscher setzen jedoch darauf, das entweichende Kohlendioxid aufzufangen und wiederzuverwenden. Was mit dem abgetrennten CO2 geschehen soll, ist mir jedoch unklar.

Wirtschaftlichkeit und Kritik

Der Lithiumcarbonatgehalt im Oberrheingraben beträgt durchschnittlich 181 Milligramm je Liter Thermalwasser. Das entspricht ca. 0,018 % – und damit etwa um den Faktor 10 weniger als das in Chile geförderte Lithium. Das Verfahren ist nach Angaben von Vulcan Energie dennoch attraktiv: So möchte man pro Geothermiewerk und Jahr künftig bis zu 400 Tonnen Lithium fördern. Die Förderung soll zudem kostengünstig sein.

Jedoch vermutet die FAZ, die Vorhaben könnten eher eine Marketing-Aktion zur Förderung der Geothermie sein als eine ernstgemeinte Alternative zur Gewinnung von Lithium. Untersuchungen von Geologen der Universität Freiburg sind ebenfalls skeptisch, da das notwendige Verfahren zur Gewinnung von Lithium in Geothermiekraftwerken bisher noch nicht etabliert sei. Es sei daher auch unklar, ob es wirtschaftlich ist.

Auch ein zweites Hindernis gilt es bei diesen Vorhaben zu überwinden: Bürgerinitiativen gründen sich und versuchen aus Angst vor Erdbeben und Gebäudeschäden entsprechende Geothermie-Projekte zu verhindern. Ursprung der Angst sind u.a. die Erfahrungen mit den Geothermiebohrungen in Landau, die im Jahre 2009 zu leichten seismischen Ereignissen geführt haben. Vulcan Energie hält diese Befürchtungen nach Angaben der FAZ jedoch für unbegründet: Bei neueren Vorhaben würde der Untergrund zum einen genauer untersucht, zum anderen würde das Wasser mit geringerem Druck zurück in den Erdboden gepumpt.

Es bleibt also spannend, ob und wieviel Lithium auf europäischem und deutschem Boden gewonnen werden kann. Klar ist: Lithium ist essenziell, um den Energiewandel erfolgreich meistern zu können. Und für die Automobilindustrie ist es ausschlaggebend, eine wirtschaftliche, unabhängige und zuverlässige Versorgung mit dem wichtigen Rohstoff zur Herstellung von Elektroautos herzustellen.

Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium

https://www.pv-magazine.de/2019/11/29/faires-lithium-aus-chile-geht-das/

https://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/treibstoff-fuer-e-autos-am-oberrhein-gibt-es-streit-ueber-die-lithium-foerderung-a-5d764449-939a-4f7c-b194-96e9dc5ad54b

https://www.golem.de/news/elektroautos-lithium-soll-in-deutschland-per-geothermie-gefoerdert-werden-2006-149067.html

https://www.volkswagenag.com/de/news/stories/2020/03/lithium-mining-what-you-should-know-about-the-contentious-issue.html

https://de.statista.com/infografik/14998/weltweiter-lithiumbedarf-fuer-batterien/

https://www.mein-klimaschutz.de/zu-hause/a/bad/wie-hoch-ist-der-wasserverbrauch-pro-person/

https://www.faz.net/aktuell/wissen/laesst-sich-lithium-auch-in-deutschland-gewinnen-16803251.html

https://www.enbw.com/unternehmen/konzern/forschung/erneuerbare-energien/geothermie/beispiel-bruchsal.html

https://www.bmbf.de/de/lithium-aus-deutschland-nachhaltig-und-kostenguenstig-5576.html

https://bizz-energy.com/lithium_bergbau_europa_wette_auf_den_schatz_im_berg

https://www.miningscout.de/blog/2020/01/13/lithium-markt-bleibt-auf-wachstumskurs/

https://www.deutschlandfunkkultur.de/lithium-krieg-in-portugal-elektroautos-und-die-folgen.979.de.html?dram:article_id=468799

https://www.ekapija.com/de/news/2543367/lithium-explorationen-in-jadar-sollen-ende-2019-oder-anfang-2020-abgeschlossen-sein

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