28.02.2023 • Energie

Lithiumgewinnung per Geothermie

Neuer optischer Sensor macht Extraktion aus Thermalsole effizienter.

Der weltweite Bedarf an Lithium wächst rasant, denn das Leichtmetall ist unverzichtbar für die Batterie­produktion. Eine bisher unerschlossene Quelle für Lithium sind Thermalsolen. Thermalwasser aus den Tiefen des Ober­rhein­grabens oder des Nord­deutschen Beckens enthält nennens­werte Lithium­konzen­tra­tionen – genug, um zum Beispiel einen beträcht­lichen Teil des aktuellen Bedarfs der deutschen Automobil­industrie zu decken. Geothermie-Anlagen in diesen Regionen fördern die Vorkommen im Grunde bereits heute – jedoch ungenutzt, denn die Sole wird nach Abschöpfen der Wärme unverändert wieder in die Tiefe rückgeführt.

Abb.: Ein auf LIBS-Techno­logie basierender Sensor überwacht die...
Abb.: Ein auf LIBS-Techno­logie basierender Sensor überwacht die Lithium-Kon­zen­tra­tion im Ab­strom des Reaktors inline und er­mög­licht so erst­mals eine Rege­lung des Sorp­tions- und Desorp­tions­pro­zesses. (Bild: Fh.-IPM)

Am Karlsruher Institut für Technologie wurde eine Methode entwickelt, mit der sich Lithium in einer Geothermie-Anlage mithilfe eines Sorptions­prozesses extrahieren lässt: Die Sole wird durch einen Reaktor geleitet, der mit einem lithium­selektiven Sorbens gefüllt ist. Dort wird das Lithium gebunden. Die Sorptions­geschwin­dig­keit hängt von verschiedenen Rahmen­bedingungen ab: Zusammen­setzung des Thermalwassers, pH-Wert, Lithium­konzen­tra­tion und Durch­fluss­rate. Ist das Sorbens gesättigt, wird die Durch­fluss­richtung geändert und eine Desorptions­lösung löst das Lithium vom Adsorber.

Um eine effiziente und wirtschaftliche Lithium­extraktion zu realisieren, muss der Zeitpunkt für die Änderung der Durchfluss­richtung gezielt gesteuert werden. Kriterium für den Umschalt­zeitpunkt ist die Sättigung des Adsorbers. Sie lässt sich aus der Lithium­konzentration im Abstrom des Reaktors ablesen. Um diese zu bestimmen, sind bislang aufwändige Labor­messungen nötig.

Ein Team am Fraunhofer-Institut für physikalische Messtechnik entwickelt jetzt ein neuartiges Verfahren auf Basis der „Laser Induced Breakdown Spectroscopy“ LIBS, das die Lithium-Konzentration im Abstrom des Reaktors inline überwachen und so erstmals eine Regelung des Sorptions- und Desorptions­prozesses möglich machen soll. LIBS ist ein etabliertes Verfahren aus der Material­analyse, bei dem mithilfe eines Kurzpuls-Lasers ein winziger Teil eines Materials in ein Plasma überführt und spektral analysiert wird.

Im Rahmen des Projekts LiMo wird das Verfahren weiter­ent­wickelt, sodass es unter harschen Bedingungen in Flüssigkeit bei zwanzig Bar und neunzig Grad Celsius funktioniert. Das LIBS-System soll in einer Pilotanlage an einem Geothermie­standort im realen Betrieb getestet werden. Das Potenzial ist erheblich: Neben der Lithium-Gewinnung in Geothermie-Anlagen eignet sich das Verfahren ebenso für das Lithium-Recycling aus Altbatterien, das ebenfalls im Rahmen des Projekts erprobt werden soll.

FG / RK

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