Neuartiger Reaktor ermöglicht umweltfreundliche Lithiumgewinnung
Forscher:innen der Rice University haben einen neuartigen elektrochemischen Dreikammerreaktor entwickelt, der Lithium aus Thermalwasser nahezu ohne Umweltbelastung gewinnen kann. Durch die Vermeidung der Chlorgasbildung und die effiziente Abtrennung störender Ionen bietet der Reaktor eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Extraktionsmethoden, die aktuell auch in Deutschland Anwendung findet.
03.02.2025
Wissenschaftler:innen der Rice University haben einen elektrochemischen Reaktor entworfen, der es ermöglicht, Lithium nahezu umweltfreundlich zu extrahieren. Die Basis dafür bildet Sole, die beispielsweise in Form von heißen Thermalquellen gewonnen wird, welche aus tiefen Erdschichten hochgepumpt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und Fernwärmesysteme zu beliefern. Lithium wird in erheblichem Umfang benötigt, insbesondere für Batterien in Elektrofahrzeugen sowie in tragbarer Elektronik wie Smartphones und Laptops.
Ionen-Mix mit Problemen
Solen enthalten neben Lithium auch Ionen von Natrium, Kalium, Magnesium und Kalzium, die sehr ähnliche chemische Eigenschaften wie Lithium aufweisen. Dies macht eine effiziente Trennung äußerst kompliziert. Die vergleichbare Größe und Ladung der Ionen zwischen Lithium und diesen anderen Elementen führt dazu, dass traditionelle Trennmethoden einen hohen Energieaufwand erfordern und chemische Abfälle erzeugen. Zudem weisen Solen hohe Konzentrationen an Chloridionen auf, die bei herkömmlichen elektrochemischen Verfahren zur Entstehung von gefährlichem Chlorgas führen können.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Lisa Biswal und Haotian Wang hat diese Herausforderungen mit einem innovativen elektrochemischen Dreikammerreaktor angegangen. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren verfügt dieser neue Reaktor über eine zentrale Kammer, die einen porösen Festelektrolyten enthält. Dieser verhindert die Bildung von Chlorgas, indem er die Chloridionen daran hindert, die Elektroden zu erreichen, wo sie sich in das gefährliche Gas umwandeln würden. Die neu entwickelte Glaskeramik-Membran ermöglicht es Lithiumionen, hindurchzugehen, während sie alle anderen Ionen blockiert.
Lithium auch in Bruchsal
„Unser Ansatz erzielt nicht nur eine hohe Lithiumreinheit, sondern mindert auch die mit herkömmlichen Extraktionsmethoden verbundenen Umweltrisiken“, sagt Biswals Doktorand Yuge Feng. In Deutschland wird ebenfalls Lithium aus Sole extrahiert, die in einer Geothermieanlage in Bruchsal bei Karlsruhe gefördert wird, welche von EnBW betrieben wird, um sowohl Strom als auch Fernwärme zu erzeugen. In diesem Prozess wird durch den Einsatz eines Harzes aus der Sole eine Lithiumchloridlösung gewonnen, aus der die LevertonHelm, eine Tochtergesellschaft der Helm AG, in ihren Anlagen im britischen Basingstoke reines Lithium produziert.
