Oorspronkelijk gepubliceerd op het Karlsruhe Institute of Technology
Of het nu gaat om energieopslag in het elektriciteitsnet, elektromobiliteit of draagbare elektronica - lithium-ionbatterijen zijn een integraal onderdeel van ons leven geworden. Miljoenen tonnen lithium worden op plaatsen ver weg van Duitsland gedolven om ze elk jaar te produceren. Een uitvinding van wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) zou nu echter ook economische mijnbouw in dit land mogelijk kunnen maken. Het plan is om lithium met een minimaal invasief proces uit de diepe wateren te winnen in geothermische installaties van de Bovenrijn-Trog.
Diep onder de Bovenrijn-trog ligt in rotsformaties een minerale schat verborgen:opgelost in zoute thermaalwaterreservoirs wachten aanzienlijke hoeveelheden van het element lithium om te worden geëxploiteerd. "Voor zover we weten, kan er tot 200 milligram per liter zijn", zegt geowetenschapper Dr. Jens Grimmer van het Instituut voor Toegepaste Geowetenschappen (AGW) van KIT:"Als we dit potentieel consequent gebruiken, kunnen we een aanzienlijk deel van de vraag in Duitsland.” Momenteel is Duitsland een netto-importeur van de felbegeerde grondstof die voornamelijk nodig is voor de productie van batterijcellen voor elektrische voertuigen en dus van groot belang is voor het klimaatbeschermingsprogramma van de federale overheid. De invoer komt uit de typische mijnlanden Chili, Argentinië en Australië, die goed zijn voor meer dan 80 procent van de wereldwijde productie.
Tot nu toe is de exploitatie van binnenlandse reserves verhinderd door het ontbreken van een geschikt proces om deze hulpbron op een kosteneffectieve, milieuvriendelijke en duurzame manier aan te boren. Samen met zijn onderzoekscollega Dr. Florencia Saravia van de onderzoekseenheid van de Duitse Technische en Wetenschappelijke Vereniging voor Gas en Water (DVGW) aan het Engler-Bunte Instituut (EBI) van KIT, ontwikkelde Grimmer een dergelijk proces en KIT diende nu een patent in aanvraag ervoor. "In een eerste stap worden de lithiumionen uit het thermale water gefilterd en in een tweede stap worden ze verder geconcentreerd totdat lithium kan worden neergeslagen als een zout", zegt Grimmer.
Minimale ecologische schade bij binnenlandse lithiumwinning
Vergeleken met traditionele methoden voor de productie van lithium uit de Zuid-Amerikaanse zoutmeren en het Australische vaste gesteente, biedt het Grimmer-Saravia-proces enkele belangrijke voordelen:De bestaande infrastructuur van geothermische centrales, waar jaarlijks tot twee miljard liter thermaal water doorheen stroomt, kan worden gebruikt. In tegenstelling tot klassieke mijnbouw wordt er nauwelijks deklaag geproduceerd en is het landverbruik minimaal. Doordat het thermale water na gebruik weer in de ondergrond wordt teruggevoerd, komen er geen schadelijke stoffen vrij en wordt de aardwarmte- en warmteproductie niet aangetast. Lithium kan binnen enkele uren continu worden gewonnen in de thermale waterkringloop van de geothermische centrale, terwijl in de Zuid-Amerikaanse zoutmeren het verrijkingsproces enkele maanden duurt en sterk weersafhankelijk is. Door hevige regenval kan de productie daar weken of zelfs maanden teruglopen. Bovendien biedt het proces de mogelijkheid om andere zeldzame en waardevolle elementen zoals rubidium of cesium uit het thermale water te extraheren. Deze zijn bijvoorbeeld nodig in de laser- en vacuümtechniek.
Doordat het proces gebruik kan maken van de technische en energetische infrastructuur van een aardwarmtecentrale, steekt ook de CO2-balans zeer positief af in vergelijking met de traditionele processen. “We exporteren veel milieuproblemen naar derde landen om onze levensstandaard te behouden en te verbeteren. Met dit proces kunnen we onze verantwoordelijkheid nemen en belangrijke grondstoffen voor moderne technologieën op een milieuvriendelijke manier voor onze deur winnen", zegt Florencia Saravia. "We kunnen ook regionale waardeketens opbouwen, banen creëren en tegelijkertijd geopolitieke afhankelijkheden verminderen."
Honderden tonnen lithium per jaar uit één enkele fabriek
Samen met industriële partners zijn de twee wetenschappers nu bezig met het ontwikkelen van een testfaciliteit voor lithiumextractie. In deze eerste prototype-installatie, die zal worden gebouwd in een geothermische installatie in de Bovenrijn, worden in een eerste stap enkele kilo's lithiumcarbonaat of lithiumhydroxide gewonnen. Als de tests succesvol zijn, staat de bouw van een grootschalige fabriek op de planning. Dan zou het mogelijk zijn om in elke geothermische centrale enkele honderden tonnen lithiumhydroxide per jaar te produceren. Volgens de huidige gegevens bedraagt het potentieel in de Boven-Rijntrog aan de Duitse en Franse zijde enkele duizenden tonnen winbaar lithium per jaar.
Meer over het KIT Energy Center: http://www.energie.kit.edu 
Als "De onderzoeksuniversiteit in de Helmholtz Association", creëert en verstrekt KIT kennis voor de samenleving en het milieu. Het is de bedoeling een belangrijke bijdrage te leveren aan de mondiale uitdagingen op het gebied van energie, mobiliteit en informatie. Hiervoor werken zo'n 9.300 medewerkers samen in een breed scala van disciplines in de natuurwetenschappen, technische wetenschappen, economie en de geestes- en sociale wetenschappen. Het KIT bereidt zijn 24.400 studenten voor op verantwoordelijke taken in de samenleving, het bedrijfsleven en de wetenschap door op onderzoek gebaseerde studieprogramma's aan te bieden. Innovatie-inspanningen van het KIT slaan een brug tussen belangrijke wetenschappelijke bevindingen en hun toepassing ten behoeve van de samenleving, economische welvaart en het behoud van onze natuurlijke basis van leven. KIT is een van de Duitse universiteiten van uitmuntendheid.
Afbeelding:meer lithium voor de batterij van elektrische voertuigen van de toekomst zou uit geothermische pekel kunnen komen (Afbeelding tegoed:Oak Ridge National Laboratory).
Via gerelateerd verhaal:Vrees voor lithiumvoorziening doemt op over elektrisch voertuig Happy talk - of niet, zoals het geval kan zijn
