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.

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

Weitere Infos

• Optische Oberflächenanalytik, Fraunhofer-Institut für physikalische Messtechnik, Freiburg