Theoretisch können bestehende Geothermiekraftwerke im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken zwischen zwei und zwölf Prozent des jährlichen Lithiumbedarfs in Deutschland decken – zuverlässig über mehrere Jahrzehnte hinweg und zu geringen Umweltkosten. Allerdings gibt es noch keine marktreife Technologie für die Lithium-Gewinnung aus Thermalwasser. Hier setzt das neu gestartete dreijähgrige Projekt „ThermIon“ an. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie will das Fraunhofer ISE eine umweltfreundliche, wirtschaftlich attraktive und innovative Extraktionstechnologie entwickeln und demonstrieren. Dabei soll die gesamte Prozesskette von der Vorbehandlung der Sole über die Lithiumextraktion und die Lithiumkarbonat- oder Lithiumhydroxydkristallisation bis zur kontrollierten Rückführung der Sole berücksichtigt werden.
Wie das Fraunhofer ISE am Mittwoch mitteilte, besteht die Herausforderung darin, das Lithium selektiv aus geothermalen Wässern zu extrahieren, ohne dabei deren komplexes geochemisches Gleichgewicht zu stören und das Ausfallen weiterer Inhaltsstoffe wie Silikate und Kalzite zu riskieren. Dieses Ausfallen wäre mit erheblichen technischen Risiken für den Betrieb einer Geothermieanlage verbunden. Im Zuge des Projekts soll daher die Direct-Lithium-Extraction-(DLE)-Technologie weiterentwickelt werden, da diese hochselektiv nur das Lithium aus der Sole extrahiere und die anderen Elemente unberührt lasse.
Die besondere Herausforderung bei DLE-Technologien sei, diese auch unter hohen Temperaturen und sehr hohen Drücken von bis zu 30 Bar über längere Zeit zu betreiben. Das Forschungsteam setzt dafür auf ein Lithium-Ionen-Pumpe genanntes Verfahren, bei dem Lithium-Ionen in eine spezielle Lithium-Mangan-Oxyd-Elektrode eingelagert und bei Umkehr der Polarität wieder in eine Rückgewinnungslösung freigesetzt werden. Dadurch könne eine konzentrierte Lithiumchlorid-Lösung mit hoher Reinheit gewonnen werden.
Das Team ist optimistisch, dass das Verfahren auch im größeren Maßstab funktioniert und Lithium zukünftig während des Betriebs einer Geothermieanlage direkt aus der Sole gewonnen werden kann. Wegen der guten Vergleichbarkeit des Thermalwassers mit anderen Standorten im Oberrheingraben sei die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die 13 geplanten Geothermie-Projekte, die sowohl als reine Wärme- oder als Strom- und Wärmeprojekte entstehen können, gegeben.
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