Heiß gewa­schen

Lithi­um ist das Gold des 21. Jahr­hun­derts. Denn die moder­ne Welt ver­langt nach mas­sen­haf­tem Ein­satz unter ande­rem in groß­vo­lu­mi­gen Bat­te­rien. Wie schön es doch wäre, wenn man das brö­se­li­ge Metall aus hei­mi­schen Lager­stät­ten för­dern könn­te. Und dazu noch umwelt­ver­träg­lich. Kann das wirk­lich wahr sein?

Geo­ther­mie­kraft­werk in Bruchsal

Um die­se Fra­ge zu klä­ren, haben wir einen Ter­min vor Ort gemacht. In Karls­ru­he. Also sozu­sa­gen mit bei­den Füßen über dem Ober­rhein­gra­ben, der hier ver­läuft. Und bei jeman­dem, der es wis­sen muss. Pro­fes­sor Jochen Kolb forscht am Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie (KIT) zu die­sem The­ma. Der erfah­re­ne Geo­wis­sen­schaft­ler und Lager­stät­ten­kund­ler weiß genau, was dran ist an der Mel­dung, dass in die­ser Regi­on das Gold der E‑Mobilität qua­si von selbst aus dem Boden kommt.

Das wei­ße Gold

Lithi­um kommt in der Natur nicht in rei­ner Form vor, dazu ist das Alka­li­me­tall viel zu reak­ti­ons­freu­dig. Als rei­nes Lithium­oxid sieht es aus wie brö­se­li­ger Frisch­kä­se. Doch die­ses ­reak­ti­ve Leicht­me­tall ist heiß begehrt, denn es ver­leiht mobi­len Ener­gie­trä­gern, also Akkus, ein lan­ges, immer wie­der auf­lad­ba­res und robus­tes Leben. Pro­blem ist, dass es momen­tan haupt­säch­lich aus Aus­tra­li­en oder Chi­le kommt und auf­grund sei­ner För­der­me­tho­den nicht unbe­dingt den umwelt­ver­träg­lichs­ten Ruf genießt.

Je nach Typ benö­ti­gen Bat­te­rien pro Kilo­watt­stun­de gespei­cher­ter Ener­gie etwa 80 bis 130 Gramm che­misch rei­nes Lithi­um. In einem Tes­la Model S wer­den unge­fähr 10 Kilo­gramm des raren Metalls ein­ge­baut. Noch gibt es viel zu wenig Akkus, die recy­celt wer­den, da die Kraft­quel­len für ­E‑Autos ein­fach zu lan­ge hal­ten. Daher muss Lithi­um ent­we­der aus Gestein (Aus­tra­li­en) oder Sole (Chi­le) gewon­nen wer­den. Oder …

Der Schatz unter dem Oberrhein

… es spru­delt einem ent­ge­gen. Denn es gibt Stel­len in der Hül­le von Mut­ter Erde, in denen ther­mal erwärm­tes Tie­fen­was­ser nicht nur Ener­gie abgibt, son­dern zudem gelös­tes Lithi­um und reich­lich ande­re begehr­te Stof­fe mit sich führt. Genau die­se Situa­ti­on herrscht am Ober­rhein­gra­ben vor. Schon die alten Römer wuss­ten es sich hier dank Thermal­bädern behag­lich einzurichten.

Heut­zu­ta­ge wird weni­ger nach einem war­men Fuß­bad ver­langt. Statt­des­sen geht es um die Erschlie­ßung von tie­fen Gesteins­schich­ten für Geo­ther­mie­kraft­wer­ke. In Bruch­sal rei­chen die Boh­run­gen bis in 2.500 Meter Tie­fe, im benach­bar­ten Elsass gut dop­pelt so tief. Geo­ther­mie­kraft­wer­ke gibt es in Bruch­sal, Land­au, Ins­heim sowie in Soultz-sous-Soultz, Rit­ters­hof­fen und La Want­zen­au auf fran­zö­si­scher Seite.

Das 160 Grad hei­ße Was­ser aus der Tie­fe wird mit­tels zwei­er Boh­run­gen erschlos­sen. Im ers­ten Bohr­loch wird das hei­ße Was­ser nach oben gepumpt und durch ein zwei­tes Bohr­loch mit einem Druck bis zu 50 bar wie­der nach unten ver­presst. Im Ide­al­fall ein nahe­zu geschlos­se­ner Kreis­lauf, denn das hei­ße Was­ser gibt durch ein Sys­tem aus Wär­me­tau­schern sei­ne Ener­gie ab. Die wird ent­we­der direkt in ein Fern­wär­me­netz ein­ge­speist oder genutzt zum Antrieb von Tur­bi­nen, die Elek­tri­zi­tät erzeu­gen. „Das ist aber nur dann sinn­voll, wenn die Tem­pe­ra­tu­ren sehr hoch sind, so wie etwa in Island“, so Jochen Kolb.

För­dern mit Filtern

Zur Höchst­form lau­fen Kolb und sein Team auf, wenn es um die Mit­bring­sel des hei­ßen Was­sers aus der Tie­fe geht. Denn in der hei­ßen Sole befin­det sich Lithi­um in beacht­li­cher Kon­zen­tra­ti­on. Genug, um jedes Jahr etwa 20.000 Bat­te­rien aus nur einer Boh­rung für etwa Tes­la zu pro­du­zie­ren. Das lässt Inter­es­sen­ten auf­hor­chen: Zusam­men mit der EnBW gibt es das Pro­jekt Unli­mi­ted, wel­ches vom BMWi finan­ziert wird und über vier Jah­re läuft.

Pro­fes­sor Kolb ist Exper­te für Lager­stät­ten. Bevor er im Okto­ber 2016 sei­ne Pro­fes­sur in Karls­ru­he antrat, hat er sich zuletzt zehn Jah­re in Grön­land mit Roh­stoff­geo­lo­gie beschäf­tigt. In Karls­ru­he arbei­ten rund 40 Mit­ar­bei­ten­de in sei­nem Team und for­schen an The­men rund um die Gewin­nung von Gold, Kup­fer, Kobalt, sel­te­nen Erden oder eben Lithi­um. „Wir sind ein ange­wand­ter Zweig der Wis­sen­schaft. Wir ent­wi­ckeln ­Model­le, die die Indus­trie nut­zen kann, um nach Roh­stof­fen zu suchen und sie zu för­dern.“ Im benach­bar­ten Bruch­sal sind Kolb und sei­ne Mit­strei­ter dem Lithi­um des Ther­mal­was­sers auf der Spur.

Wie aber bekommt man den Roh­stoff der Ener­gie­wen­de geho­ben? Mit­tels eines Bypass-Sys­tems wol­len die Geo­lo­gen den Kreis­lauf des Ther­mal­kraft­werks in Bruch­sal anzap­fen. Hier flie­ßen rund 30 Liter pro Sekun­de aus der Tie­fe durch die Anla­ge. Das Was­ser ist sehr sal­zig, trägt etwa 150 Gramm gelös­te Stof­fe pro Liter in sich, also rund vier­ein­halb­mal mehr Teil­chen als etwa in Meer­was­ser. Davon sind rund 160 Mil­li­gramm Lithi­um. Das ist zwar viel weni­ger als in den Sali­na­ren der Anden, wo bis zu 1.000 Mil­li­gramm vor­han­den sind. Aber durch die hohen Fließ­ra­ten in den Anla­gen, die von 30 bis 70 Liter pro Sekun­de reicht, wird die Gewin­nung interessant.

Roh­stoff aus dem Bypass

Ein zunächst nur klei­ner Teil davon soll abge­zweigt wer­den und dann die Pilot­an­la­ge durch­lau­fen. Lithi­um und ande­re Roh­stof­fe aus der natür­lich auf­ge­heiz­ten Lösung wer­den hier mit­tels eines Man­gan­oxids che­misch-mecha­nisch aus­ge­fil­tert, dann fließt die Sole zurück ins Sys­tem und wird zurück in die Tie­fe gepumpt. Das Man­gan­oxid wird von sei­ner Lithi­um­fracht befreit und wie­der zurück­ge­won­nen. Aus dem gewon­ne­nen Lithi­um­chlo­rid kann durch Fäl­lungs­re­ak­tio­nen dann ent­we­der Lithi­um­car­bo­nat oder Lithi­um­hy­dro­xid für die Bat­te­rie­pro­duk­ti­on her­ge­stellt werden.

ARTIS-Uli Deck// 12.05.2021 EnBW Geo­ther­mie­kraft­werk Bruchsal 

Was im Labor im Reagenz­glas im Rah­men einer Mas­ter­ar­beit klapp­te, muss in der Pilot­an­la­ge in einem Durch­fluss funk­tio­nie­ren. Das ist auch die gro­ße Her­aus­for­de­rung: „Die Anla­ge wird hin­ter dem Wär­me­tau­scher instal­liert, arbei­tet aber mit noch 60 bis 80 Grad hei­ßem Was­ser und gro­ßen Men­gen an uner­wünsch­ten gelös­ten Stoffen. 

Wir erwar­ten für Bruch­sal eine Lithi­um­ge­win­nung, die rei­chen soll­te, um alle zwei Minu­ten eine Bat­te­rie im E‑Bike und etwa 40 Minu­ten eine Tes­la-Bat­te­rie zu fer­ti­gen. Die Grö­ße der Lager­stät­te kön­nen wir aber noch nicht abschät­zen. Wir ken­nen die Ver­hält­nis­se im Unter­grund noch nicht gut genug, dass wir wis­sen, wann wir durch die Salz­re­duk­ti­on das Tie­fen­was­ser ver­dün­nen und weni­ger Ertrag haben. Wir gehen aber von einer För­der­bar­keit von min­des­tens 20 Jah­ren aus“, zeigt sich Pro­fes­sor Kolb optimistisch.

Gewinn und Verlust

Geo­ther­mie ist dort, wo kein Vul­kan die Erd­krus­te bis unter die Schuh­soh­len auf­heizt, meist ein Zusatz­ge­schäft. „Hier bei uns in Bruch­sal funk­tio­niert das nur durch Sub­ven­tio­nen, da der Wär­me­aus­tausch und damit die Wär­m­e­för­der­men­ge noch zu gering ist. Das Kraft­werk im fran­zö­si­schen Rit­ters­ho­fen aber wird ein­ge­setzt, um die Ern­te für eine Stär­ke­fa­brik zu trock­nen. In Mün­chen wird gera­de ein immer grö­ße­rer Teil des Fern­wär­me­net­zes durch Tie­fen­geo­ther­mie ver­sorgt. Das klappt dort hervorragend.“

Aber rich­tig inter­es­sant wird es, wenn das „wei­ße Gold der Elek­tro­mo­bi­li­tät“ qua­si als Neben­pro­dukt mit abfällt. Und das mit mini­ma­len Aus­wir­kun­gen auf die Umwelt. „Wenn man es rich­tig macht, ist auch die Gefahr von Erd­be­ben sicher beherrsch­bar.“ Kom­bi­niert man die Wär­me­ge­win­nung mit den Lithi­um­er­trä­gen aus den Geo­ther­mie­an­la­gen, ver­än­dert sich das wirt­schaft­li­che Sze­na­rio drastisch.

Pro­fes­sor Dr. Jochen Kolb

Das hat nicht immer nur posi­ti­ve Fol­gen. Der wis­sen­schaft­lich moti­vier­te Gold­grä­ber kennt sich mit dem Hun­ger nach sel­te­nen Metal­len aus: „Das ähnelt in sei­ner Nach­fra­ge gera­de schon ein wenig einem Gold­rausch. Da stür­zen sich auch vie­le klei­ne Unter­neh­men drauf, die sich ab und an durch­aus am Ran­de der Serio­si­tät bewe­gen, da trifft Akti­en­markt auf Mar­ke­ting­spek­ta­kel. Das kann klap­pen, aber das kann auch eine rei­ne Luft­num­mer sein.“

Noch muss sich also kein Ver­tre­ter der Auto­in­dus­trie in Rich­tung Karls­ru­he auf­ma­chen: „Mit der EnBW haben wir einen Part­ner gefun­den, der mit uns die­se ers­te Pilot­an­la­ge errich­ten wird, die 2023 in Betrieb gehen soll. Funk­tio­niert die, dann ist die Indus­trie am Zuge, um grö­ße­re Anla­gen zum Lau­fen zu brin­gen. Ich rech­ne damit, dass solch eine Groß­an­la­ge dann noch ein­mal fünf bis zehn Jah­re Ent­wick­lung benö­tigt.“ Wer jetzt unge­dul­dig wird ob der Chan­cen, die das Feu­er der Erde in Sachen rege­ne­ra­ti­ver Ener­gien und neu­er Roh­stof­fe parat hält: Für Geo­lo­gen, die sonst in Jahr­mil­lio­nen rech­nen, ist die­ser Zeit­raum ein Klacks!

Artikel downloaden

EnBW
Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie KIT
Berg­bau in Chile

This post is also avail­ab­le in: Eng­lish

Tags
Back to top button
Close