Montag, 16. Mai 2022

Lithium aus Thermalwasser
Geothermie-Kraftwerke sollen begehrtes Metall fördern

Für die Energiewende werden binnen weniger Jahre große Mengen Lithium für Elektrofahrzeuge gebraucht, die Europa heute vollständig importieren muss. Ein Teil ließe sich aus bestehenden Erdwärme-Kraftwerken gewinnen. Aber es gibt noch viele offene Fragen.

Von Karl Urban | 04.05.2022

Eine Mitarbeiterin hält in einem Labor der Vulcan Energie eine Glasschale mit Lithiumchlorid in den Händen.
Wie viel Lithium sich langfristig aus dem Thermalwasser gewinnen lässt, ist noch unklar (picture alliance/dpa | Uwe Anspach)
Sie heißen Landau, Insheim und Bruchsal: In allen drei Orten im Oberrheingraben wurden in den vergangenen 13 Jahren jeweils kleine Geothermie-Kraftwerke gebaut. Aus zweieinhalb bis dreieinhalb Kilometer tiefen Bohrlöchern wird hier heißes Thermalwasser gefördert, um Strom und Wärme zu gewinnen. Eigentlich steckt in dem heißen Wasser aber noch mehr.
„Wir haben früh gewusst, dass im Thermalwasser im Oberrheingraben und eben auch in Bruchsal deutlich erhöhte Lithiumgehalte zu finden sind.“
Thomas Kölbel ist beim Unternehmen Energie Baden-Württemberg, kurz EnBW, verantwortlich für die Tiefengeothermie. Laut ihm schien es bis vor wenigen Jahren kaum lohnenswert zu sein, das Lithium aus dem Thermalwasser zu filtern. Das heiße Wasser wurde zur Energiegewinnung abgekühlt und dann chemisch unverändert in die Tiefe zurückgeleitet. Der Abbau von Lithium in Chile oder Argentinien schien konkurrenzlos günstig zu sein und auch nicht als Vorbild zu taugen: Dort wird das Metall in riesigen Verdampfungsbecken gewonnen – was große Umweltgefahren birgt.

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„Erstens ist die Atacama-Wüste gegenüber dem Rheingraben für solche Verdampfungssysteme deutlich bevorzugt. Und zweitens haben wir ganz andere technologische Verfahren, die eben auch von der Umweltseite her sicherlich ihre Vorteile haben.“

Lithium-Gewinnung frei von Emissionen

Für die Kraftwerke im Rheingraben haben Forschende nun eine neue Technik entwickelt. Das Thermalwasser wird nach der Abkühlung im Kraftwerk durch eine chemische Substanz gefiltert, die Lithiumionen aufnehmen kann. In einem zweiten Schritt wird das Gemisch immer weiter konzentriert, bis das Lithiumsalz ausfällt. All das soll laut EnBW und anderen Unternehmen in einem geschlossenen System frei von Emissionen passieren. Wie viel Lithium sich aber langfristig aus dem Thermalwasser gewinnen ließe, ist unklar.
„Die Vorkommen im Rheingraben sind schwierig vorherzusagen, weil eben geologisch unklar ist, wo kommen die eigentlich exakt her?“, das sagt Ralf Wehrspohn vom Deutschen Lithiuminstitut, einem industrienahen Beratungsunternehmen.
„Und die zweite Frage lautet, wie die sogenannte Refresh-Rate ist, das heißt, wie schnell die hochkonzentrierte Lithium-Sole wieder zur Thermalstation hinfließt, so dass es nicht zu einer lokalen Verarmung kommt?“

Acht Prozent des europäischen Lithium-Bedarfs denkbar

Trotz der offenen Fragen wird an mehreren Standorten auf der deutschen und französischen Seite des Rheingrabens mittlerweile die Lithiumgewinnung im kleinen Maßstab erprobt. Ralf Wehrspohn ist dafür, es trotz der Unsicherheit zu versuchen.
Zwei Prozessingenieur besprechen sich in der Prozessoptimierung und Fertigungskontrolle bei der Herstellung von Lithium-Ionen Zellen in einer Anlage von UniverCell
Für den der Elektromobilität müssen viele Lithium-Batterien produziert werden (picture alliance/dpa | Christian Charisius)
„Wenn die ganzen Batteriefabriken realisiert werden, die wir jetzt aktuell bauen, brauchen wir nur für die Elektromobilität ungefähr 300.000 Tonnen Lithiumkarbonat in Europa. Heute haben wir 0 Prozent oder null Tonnen eigene Fertigung in Europa, und die müssen wir aufbauen.“
Drei Erdwärmebohrungen könnten nach Betreiberangaben rund acht Prozent des europäischen Bedarfs decken – für wie lange ist aber unklar: Am Geothermiekraftwerk der EnBW in Insheim wird derzeit ein Tracer-Test durchgeführt, um herauszufinden, wie schnell der Gehalt an Lithiumsalzen zurückgehen könnte. Dabei wird eine chemisch markierte Substanz entlang einer Bohrung in die Tiefe geleitet. Daraufhin warten die Ingenieure, bis die Substanz an einem zweiten Bohrloch nachgewiesen werden kann. Selbst wenn dabei herauskommt, dass die förderbare Lithiummenge kleiner ist als gedacht, bleibt Thomas Kölbel zuversichtlich.
„Wir wissen jetzt mal mit Sicherheit, dass zwischen Mannheim und Offenburg nachgewiesenermaßen in allen tiefen Bohrungen das Lithium in deutlich erhöhten Konzentrationen vorhanden ist. Insofern würde ich annehmen, dass ich in diesem Sektor bohren kann, wo auch immer ich möchte und werde dort vermutlich in Tiefen zwischen 2000 und 5000 Meter immer das mehr oder weniger gleiche Thermalwasser bekommen.“