Ein zufälliger Fund von Forschern der Universität von Michigan eröffnet neue Möglichkeiten zur Gewinnung von Lithium aus bisher als „minderwertig“ angesehenen Salzlaugen mit hohem Magnesiumgehalt.
Die Entdeckung ermöglicht die Trennung von Lithium ohne wasser- oder energieintensive Prozesse, was die Art und Weise, wie dieser Schlüsselrohstoff für die Energiewende gewonnen wird, verändern könnte.
Das Problem von Lithium und Magnesium
- Lithium wird hauptsächlich aus Hartgestein und konzentrierten Salzlaugen gewonnen, beide mit hoher Umweltbelastung.
- Der Gesteinsabbau erfordert große Erdbewegungen und birgt das Risiko der Grundwasserverschmutzung.
- Die Salzlaugen benötigen ausgedehnte Solarevaporationsbecken, was zu einem massiven Wasserverbrauch und Zeitaufwand führt.
- Das Magnesium, chemisch ähnlich wie Lithium, aber mit höherer Ladung, erschwert die traditionellen Prozesse. In Salzlaugen mit einem Verhältnis von sechs zu eins gegenüber Lithium wird die Trennung teuer und umweltschädlich.
Die neue Methode
Das entwickelte System bricht mit dieser Logik:
- Es verwendet weder Elektrizität noch externen Druck.
- Es basiert auf einer negativ geladenen Membran, mit Salzlauge auf der einen Seite und reinem Wasser auf der anderen.
- Überraschenderweise durchdringt das Lithium die Membran vor dem Magnesium, entgegen den Erwartungen der klassischen Theorie.
- Das Phänomen wurde während Kontrollversuchen in der Elektrodialyse entdeckt und unter verschiedenen Bedingungen mit konsistenten Ergebnissen wiederholt.
Die Erklärung liegt im Ladungsgleichgewicht: Die Chloride durchqueren die Membran zum reinen Wasser, und das Lithium begleitet sie, um die elektrische Neutralität zu wahren, während das Magnesium zurückbleibt und die negativen Ladungen der Membran ausgleicht.
Umweltvorteile
- Reduziert drastisch den Bedarf an Verdunstung.
- Verteilt das Wasser um, anstatt es zu eliminieren, und verringert so den Wasserverbrauch.
- Erzeugt weniger konzentrierte Restlaugen.
- Funktioniert sogar bei hohen Salzgehalten, wo andere Technologien versagen.
Dieser Ansatz könnte Spannungen in ariden Regionen wie den südamerikanischen Salzseen lindern, wo der intensive Wasserverbrauch Gemeinschaften und Ökosysteme beeinträchtigt.
Einschränkungen und mögliche Kombinationen
- Das System trennt Lithium nicht von anderen einwertigen Ionen wie Natrium.
- Es kann mit selektiven Adsorbentien, kürzeren Verdunstungsphasen oder spezifischen chemischen Reaktionen zur Lithiumfällung kombiniert werden.
- Die Forschung schreitet zu realen technoökonomischen Analysen voran, um zu bestimmen, welche Kombinationen außerhalb des Labors am besten funktionieren.
Implikationen für die Energiewende
- Ermöglicht eine verteilte und lokale Lithiumgewinnung, weniger konzentriert auf einige wenige ikonische Salzseen.
- Erleichtert Projekte im kleineren Maßstab mit geringerem Wasser- und Chemikalienverbrauch.
- Mittelfristig könnte es in Strategien zur Kreislaufwirtschaft von Industrieabwässern integriert werden, bei denen Salzlaugen als Ressource und nicht als Abfall betrachtet werden.
- Langfristig stärkt es die Idee, dass die Energiewende die extraktiven Fehler der Vergangenheit vermeiden sollte.
Die Entdeckung der Universität von Michigan verspricht keine Wunder, bietet jedoch eine konkrete und realistische Verbesserung für die Lithiumgewinnung. Indem sie die Tür öffnet, um verworfene Salzlaugen zu nutzen, reduziert sie die Umweltbelastungen und erweitert die Optionen für eine wesentliche Ressource in Batterien und sauberen Technologien.
