In Laptops, Smartphones, Kameras oder E-Autos und E-Bikes ist es verarbeitet: Lithium. Dabei handelt es sich um ein Leichtmetall, das in Festgestein oder in lithiumhaltigen Grundwässern vorkommt. Der Rohstoff wird zur Herstellung von wiederaufladbaren Batterien, wie Lithium-Ionen-Batterien oder -Akkus, in Elektronikgeräten und in der Elektromobilität verwendet. Lithium wird aber auch in der Glas- und Keramikindustrie eingesetzt.
Wofür braucht man Lithium und Lithium-Ionen-Batterien?
Ein Smartphone enthält bis zu drei Gramm Lithium, ein Laptop sechs Gramm des Leichtmetalls und der Akku eines E-Autos je nach Modell zwischen 10 und 80 Gramm. Schon heute ist der Bedarf des sogenannten weißen Goldes hoch. Auf dem Weg zur Energiewende und Elektromobilität wird der Lithium-Bedarf künftig weiter steigen: Laut der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) wird die Nachfrage nach Lithium bis zum Jahr 2030 weltweit dreimal so hoch sein wie die zu erwartende globale Gesamtproduktion. Die EU stuft Lithium bereits als "kritischen Rohstoff" ein.
Wo kommt Lithium in der Natur vor?
Dem 2023 erschienen Bericht "Rohstoffrisikobewertung - Lithium" der Deutschen Rohstoffagentur zufolge deckt Deutschland seinen Lithium-Bedarf bisher zu 100 Prozent aus Importen, vor allem aus Australien und Südamerika. Neben Australien, Chile und China haben auch südamerikanische Länder wie Bolivien und Argentinien, die USA und afrikanische Länder hohe Lithium-Vorkommen in der Natur. Lithium wird bisher vor allem durch zwei Verfahren gewonnen: durch den Abbau von Festgestein und aus Solevorkommen in Salzseen.
Wo liegen die Probleme bei der Lithium-Förderung?
Das Problem bei der Lithium-Gewinnung: Die etablierten Techniken schaden der Umwelt. Ihr Energie- und Wasserverbrauch ist hoch. In Chile etwa lassen Firmen die Sole, also salzhaltiges Wasser, in gewaltigen Becken an der Erdoberfläche verdunsten - um Lithium zu erhalten. In trockenen Gebieten wie der Atacama-Wüste gefährden solche Verfahren den Grundwasserspiegel, warnen Umweltschützer seit Langem.
Ein Problem sind neben Umweltschäden auch niedrige Sozialstandards in einigen der Förderländer. Im Anschluss wird das Lithium exportiert, um wiederaufladbare Batterien wie Lithium-Ionen-Akkus zu produzieren. Auch dabei entstehen Treibhausgase - und Abhängigkeiten: China ist der weltweit größte Exporteur von Lithium-Ionen-Batterien.
Wo wird Lithium in Deutschland gefördert?
Aus diesen Gründen soll Lithium künftig auch stärker in Europa gewonnen werden. Potenziale sehen Experten zum Beispiel im Norddeutschen Becken oder im Oberrheingraben. "Das Lithium ist ein absolut wichtiger Rohstoff und wir müssen schon schauen, ob wir das auch lokal gewinnen können", sagt Thomas Kölbel, Geologe bei der "Energie Baden-Württemberg", im BR-Interview. Das Unternehmen betreibt mehrere Geothermie-Kraftwerke.
Lithium auch aus Thermalwasser
Aus bis zu dreieinhalb Kilometern Tiefe wird im Oberrheingraben Thermalwasser gefördert, um Wärme und Strom zu erzeugen. An zwei Standorten lässt sich dabei auch das begehrte Lithium gewinnen, das in Wasser gelöst ist. "Man nutzt ein feines Pulver, das dazu neigt, das Lithium aus dem Thermalwasser rauszunehmen, und am Ende steht dann ein Lithiumsalz als Endprodukt für Batteriezellen", erklärt Kölbel.
Das Prinzip klingt simpel: Lithium filtern, Wasser wieder zurück in die Erde, erneut anreichern lassen mit Lithium, dann das Wasser wieder hochpumpen. Am Norddeutschen Becken untersucht das Forschungsprojekt "Li+Fluids" der BGR, wie auf ähnliche Weise Lithium in Norddeutschland aus Tiefenwasser gewonnen werden kann. "Wir rechnen ungefähr mit 250 bis 500 Tonnen Lithiumcarbonat-Äquivalent pro Jahr, das entspricht ungefähr der Menge von 5.000 bis 10.000 E-Akkus pro Jahr, an einem Standort wie wir ihn hier haben", sagt André Stechern, Leiter des Projekts.
Ähnliche Standorte könne es im Norddeutschen Becken zigfach geben: Die Region lebte lange von der Kohlenwasserstoff-Industrie. Ehemalige und aktive Bohrlöcher gibt es noch immer etliche. Auch Geothermieanlagen ließen sich zur Lithium-Gewinnung aufrüsten, wie das eben jetzt schon am Oberrheingraben passiere.
Lohnt sich die Lithium-Förderung in Deutschland?
Das Potenzial, Lithium aus geothermischen Quellen in Deutschland zu gewinnen, untersuchten auch Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Ihre Ergebnisse stellten sie in einer 2023 publizierten Studie vor.
"Theoretisch könnten bestehende Geothermiekraftwerke im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken zwischen zwei und zwölf Prozent des jährlichen Lithium-Bedarfs in Deutschland decken", fasst Valentin Goldberg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT in einer Pressemitteilung zusammen. "Nach unseren Erkenntnissen ist ein Abbau mit geringen Umweltkosten über viele Jahre möglich. Das für die Studie entwickelte Modell beschreibt eine mögliche Lithium-Förderung im Oberrheingraben, die Parameter sind aber so gewählt, dass sie sich auch auf andere Kluftsysteme übertragen lassen", so Goldberg weiter.
Das Problem bei dieser Methode: Das in Wasser gelöste Lithium komme in einem weitverzweigten Netzwerk aus Klüften und Hohlräumen im Gestein vor, sei aber nur punktuell über einzelne Bohrungen zugänglich, erklärten die Forscher. Die Größe des Reservoirs hänge daher von der Wassermenge ab, die über die Bohrungen hydraulisch erschlossen werden könnten.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass der Lithiumgehalt des Tiefenwassers durch die Verdünnung mit dem zurückgeführten Wasser mit der Zeit abnimmt - zwischen 30 und 50 Prozent im ersten Drittel des Betrachtungszeitraums von 30 Jahren. Danach nähere sich der Lithiumgehalt aber wieder einem konstanten Wert an. Das sei auf das offene Kluftsystem zurückzuführen, das kontinuierlich frisches Tiefenwasser aus anderen Richtungen nachliefere. Den Forschern zufolge sei deshalb eine kontinuierliche Lithium-Förderung über Jahrzehnte möglich.
Lithium-Abbau soll umweltschonender werden
"Wenn ich jetzt alle Geothermieanlagen in Deutschland am Oberrhein zusammennehme, dann komme ich auf 200.000 Autobatterien pro Jahr nur mit den Bestandsanlagen", sagt Stechern, von "Li+Fluids". "Am Ende steht aber immer noch die Frage: 'Was kostet ein Kilo Lithium aus Bruchsal?' Das untersuchen wir gerade und dazu werden wir am Ende des Jahres die Zahlen haben."
Ähnliche Projekte wie am Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken laufen derzeit an mehreren Standorten in Frankreich und Großbritannien. Das Ziel: Europas Wege zum Lithium sollen kürzer und umweltschonender werden.
- Zum Hintergrund: Darum sollten mehr Batterien recycelt werden
Im Video: Kann Natrium bald teures Lithium in Akkus ersetzen?
Bayreuther Forscher konnten die Leistung von Akkus steigern. Statt Lithium-Ionen-Batterien entwickelten sie Natrium-Ionen-Akkus.
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