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Quest zum Abbau von Meerwasser für Lithiumvorstöße
Forscher der japanischen Atomenergiebehörde haben eine neue Methode entwickelt, um Meerwasser zu extrahieren, um Lithium zu extrahieren – ein Element, das eine Schlüsselrolle in fortschrittlichen Batterien für Elektrofahrzeuge spielt und eines, das, wenn sich die aktuellen Prognosen für den EV-Markt als richtig erweisen, darin enthalten sein könnte knappes Angebot vor dem Ende des Jahrzehnts.
Schreiben in der neuen Ausgabe der Zeitschrift Entsalzung , Tsuyoshi Hoshino, Wissenschaftler am Rokkasho Fusion Institute der JAEA, eine Methode vorgeschlagen zur Gewinnung von Lithium aus Meerwasser mittels Dialyse. Das noch Jahre nach der Kommerzialisierung aufgebaute System basiert auf einer Dialysezelle mit einer Membran aus supraleitendem Material. Lithium ist das einzige Ion im Meerwasser, das die Membran passieren kann, von der Seite der negativen Elektrode der Zelle zur Seite der positiven Elektrode.
Das Verfahren zeige eine gute Energieeffizienz und sei leicht skalierbar, schreibt Hoshino.
Die Arbeit von Hoshino reiht sich in eine lange Tradition ein, die sowohl neuartige Wege zur Lithiumgewinnung als auch den umfassenderen Traum umfasst, das Meer nach wertvollen Mineralien abzubauen. Menschen haben seit Äonen Salz aus dem Meer abgebaut. Die Geschichte des Meeresbodenbergbaus reicht bis ins Jahr 1872 zurück, als die HMS Herausforderer , ein britisches ozeanografisches Schiff, entdeckte Mangan auf dem Meeresboden. Mitte des 20. Jahrhunderts versuchten die Menschen, den enormen Mineralreichtum, der im Meerwasser gelöst war, zu extrahieren – eine schwierige Aufgabe angesichts der geringen Konzentrationen der gewonnenen Mineralien. Heute gewinnt eine florierende Industrie Magnesium aus Meerwasser, aber die wirtschaftliche Gewinnung von Lithium aus dem Meer hat sich als schwer fassbar erwiesen. Das Element kommt in extrem geringen Konzentrationen im Ozean vor und hat bereits eine etablierte Lieferkette, hauptsächlich aus Salzseen in Südamerika.
Wenn sich die Methode von Hoshino als effizient und wirtschaftlich erweist, könnte sie einen Markt verändern, der in den letzten Jahren viele Investitionen und vermeintliche Innovationen erlebt hat, sich aber hartnäckig gegen neue Technologien und neue Bezugsquellen sträubt. Das meiste Lithium wird heute noch so gewonnen, wie es seit einem halben Jahrhundert der Fall ist: durch Verdampfen von Sole, die aus Salzseen in geschlossenen Tälern in Teilen von Chile, Argentinien und Bolivien gesammelt wird.
Vorhersagen über Versorgungsengpässe bei Lithium sind in den letzten Jahren immer häufiger aufgetaucht. Viele Analysten, wenn auch nicht alle, glauben, dass die steigende Nachfrage von Herstellern von Batterien für Elektrofahrzeuge – insbesondere von Tesla, dessen bevorstehende Gigafactory die weltweite Lithiumnachfrage voraussichtlich fast verdoppeln wird – steigt unbedingt Vorräte belasten aus traditionellen Quellen.
Ich denke, wir werden Engpässe sehen, sagt Simon Moores, Leiter der Mineralien- und Bergbauberatung Benchmark Intelligence. Neue Versorgung wird jetzt benötigt und wird es auch in Zukunft sein, selbst wenn nur ein Bruchteil der geplanten Erweiterungen in der Batterieproduktion stattfindet.
Die Verfolgung der Lithiumpreise durch Benchmark zeigt einen stetigen Anstieg in den letzten Jahren, und Moores geht nicht davon aus, dass die Preise in absehbarer Zeit fallen werden. Das treibt Forschung und Entwicklung auf der grundlegendsten Ebene an, wie bei Hoshinos Arbeit, und es treibt neue Investitionen in Salzseen voran, die Lithium produzieren könnten – insbesondere in Nevada, wo Tesla die Gigafactory baut. (Siehe Teslas riesige Fabrik in Nevada wird massive Ergebnisse brauchen, um sich auszuzahlen.)
Das in Vancouver ansässige Unternehmen Dajin Resources hat kürzlich veröffentlicht Lithiumanalyseergebnisse von seinem Grundstück Alkali Lake in Esmeralda County, Nevada, mit vielversprechenden Lithiumkonzentrationen. Das Unternehmen besitzt auch Anbauflächen in der Region Teels Marsh in Mineral County. Dajin plant, das Lithium mit konventionellen Methoden zurückzugewinnen, sagt Präsident Brian Findlay.
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher und interessanter Technologien, aber alle beginnen mit hochkonzentrierter Sole, sagt Findlay. Und die einfachste bewährte Technologie ist die Verdampfung. In der Tat ist es schwer, mit einem natürlichen Prozess zu konkurrieren.
Das hält Unternehmer und Forscher nicht davon ab, es zu versuchen. Eine der interessanteren Methoden ist die Umkehrosmose, eine Technik, die theoretisch Lithium viel schneller extrahieren könnte als die 18 bis 24 Monate, die für die Verdampfung der Sole erforderlich sind. (Eines der strukturellen Probleme der aktuellen Lithiumproduktionsindustrie besteht darin, dass es aufgrund der langen Verzögerungszeit für die Verdampfung schwierig ist, die Produktion schnell hochzufahren, um auf neue Nachfrage zu reagieren.) Symbolmaterialien , mit Sitz in Pleasanton, Kalifornien, will mittels Umkehrosmose Lithium aus dem Abwasser der Geothermalanlage Featherstone nahe der kalifornischen Salton Sea entfernen. Es wäre eine elegante Lösung, die saubere Stromerzeugung mit Lithium-Rückgewinnung für EV-Batterien kombiniert. Aber Simbol sucht Berichten zufolge einen Käufer, und das im Februar entließ die Mehrheit seiner Arbeiter . (Vertreter von Simbol antworteten nicht auf Anfragen nach Kommentaren zu diesem Artikel.) Bisher sieht zumindest die Umkehrosmose wie eine weitere vielversprechende Technologie aus, die sich nicht durchgesetzt hat.
Das bringt uns zurück zum größten Lithium-Vorkommen der Welt: dem Meer. In den letzten Jahren wurden neuartige Prozesse und Materialien, einschließlich Graphen , haben sich als vielversprechend erwiesen, um den Bergbau im Meer Wirklichkeit werden zu lassen. Forscher der University of North Carolina haben beispielsweise ein metallorganisches Gerüst entwickelt, um uranhaltige Ionen aus Meerwasser zu sammeln. Hoshino glaubt, dass seine Meerwasser-Dialysezelle zur Rückgewinnung von Lithium innerhalb von fünf Jahren kommerzialisiert werden könnte.
Es ist klar, dass diese Bemühungen mit der Expansion des Sektors für fortschrittliche Batterien fortgesetzt werden. Derzeit ist es jedoch noch schwierig, mit natürlichen Prozessen zu konkurrieren.