Batterietechnik Lithium aus Tiefenwasser des Norddeutschen Becken nutzen

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Weil globale Lieferketten für Rohstoffe nicht nur aufgrund geopolitischer Spannungen mittlerweile fragil sind, rücken lokale Quellen in den Vordergrund. Vor diesem Hintergrund arbeitet das Fraunhofer IEG gemeinsam mit Wirtschaft und Wissenschaft daran, Lithium aus Tiefenwässern des Norddeutschen Becken nutzbar zu machen.

Im Projekt RoLiXX soll eine anpassbare Pilotanlage Lithium aus salzhaltigem Tiefenwasser gewinnen. Der Prototyp ist flexibel, um die Prozessparameter und Inhibitoren auf das Tiefenwasser an verschiedenen Einsatzorten anzupassen. „Europa braucht eigene Quellen für strategische Rohstoffe. Mit RoLiXX zeigen wir, wie sich kritische Rohstoffe wie Lithium regional fördern lassen«, erklärt Tilman Cremer, Projektleiter am Fraunhofer IEG. „Unser Ansatz setzt auf vorhandene Infrastruktur und auf Verfahren, die wirtschaftlich, effizient und nachhaltig sind. Mit der Erschließung der Lithiumvorkommen im Norddeutschen Becken könnte Deutschland in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Deckung des deutschen und europäischen Bedarfs einnehmen.“

Unter welchen Bedingungen erfolgt eine Lithium-Freisetzung?

Das Projekt RoLiXX, kurz für „Rotliegend als Lithiumressource im Norddeutschen Becken – von der EXploration zur Extraktion“ hat zwei Schwerpunkte. Im geologischen Teil geht es um die Fragen, mit welchen mineralogischen Phasen im Untergrund das Lithium assoziiert ist, unter welchen Bedingungen eine Freisetzung erfolgt und welche Rolle hydrothermale Prozesse, Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen und Gesteinsumformungen (Diagenese) dabei spielen. Die Antworten verbessern die Modelle, um die räumliche Verbreitung und die Anreicherung von Lithium in Thermalwässern im Norddeutschen Becken zu prognostizieren. Im Mittelpunkt stehen die geologischen Strukturen des Rotliegend, einer rund 300 Millionen Jahre alte Gesteinsabfolge aus Sandsteinen und Vulkaniten in rund drei bis fünf Kilometern Tiefe. Im Norddeutschen Becken, jenseits der deutschen Mittelgebirge, gilt diese Schicht als besonders vielversprechend für lithiumhaltige Tiefenwässer. Durch die Nutzung von Proben und Daten aus bereits bestehenden Tiefbohrungen sollen Herkunft und Verteilung von Lithium im Rotliegend von der niederländischen zur polnischen Grenze erstmals systematisch analysiert und wissenschaftlich bewertet werden.

Rohstoffe aus heimischen Quellen

Der technische Teil des Projektes adressiert die Lithiumextraktion aus salzreichen Thermalwässern wie sie beispielsweise in Geothermieanlagen zur Wärmeversorgung genutzt werden. Für die Energiewirtschaft entsteht so eine neue Option: Wärme aus der Tiefe und wertvolle Rohstoffe aus heimischen Quellen – effizient, nachhaltig und zukunftsorientiert. Zu den technischen Herausforderungen zählen Korrosion metallischer Werkstoffe sowie die Ausfällung störender Mineralien bei Druck- oder Temperaturänderungen, die den Betrieb von Extraktionsanlagen beeinträchtigen können. Ziel ist es, eine wirtschaftliche feststofffreie Lithiumextraktion ohne störende Ausfällungen zu realisieren.

Nachhaltigkeitsanalyse im Fokus

Ebenfalls geht das Projekt auf die gesellschaftlich‑ökonomisch‑ökologischen Herausforderungen und Chancen ein und wird eine umfassende Nachhaltigkeitsanalyse erstellen, bestehend aus Ökobilanzierung, Forschung zur gesellschaftlichen Akzeptanz, einer regionalökonomischen Wirkungsanalyse sowie der Ableitung politischer Handlungsoptionen. Auf dieser Grundlage sollen robuste Rahmenbedingungen und Handlungsoptionen für zukünftige Projekte der heimischen Lithiumgewinnung aus dem Rotliegend entwickelt werden.

Anpassbare Pilotanlage

Die Fraunhofer IEG beschäftigt sich im Projekt RoLiXX mit der Überführung der wissenschaftlichen Erkenntnisse in die technische Anwendung. Das Institut adaptiert und betreibt eine anpassbare Pilotanlage, mit der sich Lithium aus salzhaltigem Tiefenwasser gewinnen lässt. Dabei liegt der Fokus auf einer stabilen und sauberen Prozessführung, die ohne feste Rückstände auskommt und etwaige anschließende geothermische Prozesse nicht belastet. Zugleich ist die Anlage flexibel, um die Prozessparameter und Prozessstoffe wie Inhibitoren auf das lokale Tiefenwasser maßgeschneidert anzupassen. Das Fraunhofer IEG testet die Verfahren unter realitätsnahen Bedingungen im Kubikmetermaßstab und bewertet ihre Wirtschaftlichkeit, Skalierbarkeit und Umweltwirkung. So entsteht eine belastbare Entscheidungsgrundlage für Energieversorger und Industrie, die Wärme aus der Tiefe künftig mit der Gewinnung strategischer Rohstoffe verbinden wollen. Die Anlage lässt sich mit 250 Kilogramm Gewicht und rund zwei Kubikmetern Volumen leicht per Gabelstapler und Transporter zum Einsatzort bringen. „Unsere Pilotanlage haben wir bewusst so konzipiert, dass sie mobil ist, aber sich auch leicht an Tiefenwässer verschiedener Zusammensetzung anpassen lässt. So könnten viele Thermalwasserbetreiber rasch und einfach die Machbarkeit prüfen und die Wirtschaftlichkeit eigener Lithiumextraktion abschätzen“, erklärt Tilman Cremer.

Partner für Europas Versorgung

Beteiligt sind neben der Fraunhofer IEG das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, die TU Berlin, das Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung sowie als industrielle Partner und Koordinator die Neptune Energy Innovations GmbH. Assoziierte Partner sind die Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Die Arbeiten zahlen direkt auf die Ziele des europäischen Critical Raw Materials Act ein, der eine sichere Versorgung mit strategischen Rohstoffen fordert. Gesamtfördervolumen über drei Jahre sind 2,8 Millionen Euro. (se)

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