Das weiße Pulver für die Energiewende: Lithium in Form Salzkristallen, Lithiumcarbonat, wie es in Südamerika gewonnen wird. Bildrechte: IMAGO / Photoshot/Construction Photography

Rohstoffe für die Energiewende So kann Lithium in Deutschland "abgebaut" werden

21. April 2023, 16:51 Uhr

Mit Geothermie kann man nachhaltig Strom und Wärme erzeugen. Die Technologie hat aber noch einen weiteren Effekt für die Energiewende. Denn mit ihr kann man Lithium gewinnen – auch in Deutschland. Forschende haben jetzt die Technologie dafür entwickelt.

E-Mobilität gerät immer wieder in die Kritik wegen der Art und Weise, wie etwa in Südamerika Lithium für die Batterien abgebaut wird. Deshalb wird an Ersatzmaterialien für die Akkus geforscht und an Möglichkeiten, das Lithium anders zu gewinnen. Auch das Erzgebirge ist mit seinen Lithium-Lagerstätten in den Fokus gerückt. Dabei gibt es noch eine ganz andere Quelle für das Metall in Deutschland, die sogar schon für die Energieversorgung genutzt wird: Geothermie.

Thermalwasser in einigen Kilometer Tiefe enthält hohe Konzentration von Lithium-Ionen. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben darüber in einer Studie berichtet, die jetzt als "Outstanding Paper 2022", also als herausragende Forschungsarbeit des Jahres 2022 gewürdigt wurde. "Je nach geologischem Ursprung enthalten geothermale Solen zwischen 0,1 und 500 Milligramm Lithium pro Liter", erklärt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. Im Norddeutschen Becken wurden laut Untersuchungen Lithium-Konzentrationen bis zu 240 Milligramm pro Liter gemessen, im Oberrheingraben bis zu 200 Milligramm pro Liter.

Wissen Diagramm MDR Wissen: Prognostizierte globale Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien bis 2030

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Lithium aussieben: nicht einfach, aber machbar

Allerdings ist die Gewinnung des Metalls alles andere als einfach, da "die Lithium-Ionen mit vielen anderen Ionen konkurrieren", erläutert Ehrenberg. Und natürlich kann dieser Prozess nur gelingen, wenn er ökonomisch und ökologisch ist, so die Forschenden. Gemeinsam mit Partner aus der Industrie (EnBW, Hydrosion GmbH) und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT haben sie ein Lithium-Ionen-Sieb hergestellt und im Labor getestet. Wie die Studie zeigte, funktioniert das Prinzip, bei dem am Ende Lithium-Kristalle entstehen. Jetzt müssen die Forschenden das Sieb noch verfeinern und im Praxistest mit dem Partner EnBW in der Anlage Bruchsal am Oberrhein nachweisen, dass Lithium in der Geothermie wirtschaftlich zu gewinnen ist.

Das Lithium-Ionen-Sieb basiert auf einem absorbierenden Material aus einem Lithium-Mangan-Oxid mit einer speziellen Kristallstruktur. Bildrechte: Dr. Monika Bäuerle, IAM-ESS/KIT

Das Potential liegt allein an dieser Quelle nach Unternehmensangaben bei Akkus für rund 20.000 Elektroautos pro Jahr. Die Idee, Lithium aus geothermalen Quellen zu gewinnen, ist bereits 40 Jahre alt. Erst der steigende Marktpreis und die erhöhte Nachfrage sorgten dafür, dass sich heute die Lithium-Gewinnung auf diesem Weg lohnen kann.

Woher stammt das Lithium im Tiefenwasser?

Das Lithium ist vermutlich aus Tonmineralien in diese tiefen Wasserschichten gelangt, so die Geologin Simona Regensprung vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam gegenüber dem Magazin Spektrum. Die geologische Formation wird als "Rotliegendes" bezeichnet. "Unterhalb des bergbaulich interessanten Kupferschiefers liegen die namensgebenden rötlichen Gesteinsformen, die sich durch das gesamte Norddeutsche Becken ziehen." Auch im Oberrheingraben finden sich solche Sandsteinlagen, die geothermisch nutzbare Grundwasserleiter (sogenannte Aquifere) enthalten.