© KIT/Amadeus Bramsiepe

So wird die E-Auto-Batterie umweltfreundlich

01.07.2021

E-Autos sollen Mobilität deutlich ökologischer machen. Eine der Herausforderungen dabei ist die Gewinnung der Batterierohstoffe wie Lithium. Dessen Abbau jedoch verbraucht viel Wasser. Neue Verfahren können dazu beitragen, dieses Alkalimetall umweltfreundlicher als bisher zu gewinnen, ja sogar CO2-neutral.

Die ökologische Gesamtbilanz eines E-Autos ist noch immer stark abhängig von der Art, wie die Rohstoffe für die Batterie gewonnen werden. Und der Bedarf an Batterien steigt mit der wachsenden Nachfrage nach Elektroautos. Bis zu 2.200 GWh Batteriekapazität wird bis 2030 nach Berechnungen des Lieferkettenexperten und Beratungsinstituts Roskill für Elektromobilität, Smartphones, Laptops und dergleichen benötigt.

Lithium für Lithium-Ionen-Batterien zum Beispiel kommt in der Natur vor allem in Verbindungen vor – nicht als reines Element. Die wichtigsten Quellen sind derzeit lithiumhaltiges Gestein und lithiumhaltige Salzlake. Bisher stammt der Rohstoff für die Batterie meist aus Australien, wo er in Bergwerken abgebaut wird, oder Chile, Argentinien sowie Bolivien. In Südamerika wird er aus Salaren (Salzwüsten) gewonnen. Dort befindet sich eine lithiumhaltige Sole unter der Erde. Das Wasser wird an die Oberfläche gepumpt und verdunstet. Übrig bleibt eine Salzlösung, die chemisch zu Lithiumkarbonat umgewandelt wird. Ein aufwendiger, langwieriger Prozess.

Grünes Lithium aus der Erde

In Zukunft könnte nachhaltig und CO2-neutral abgebautes Lithium aus dem Oberrheingraben bei Offenburg in Deutschland kommen – per Geothermie. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Lithiumionen, die in heißem Thermalwasser gelöst sind, herausgefiltert und aufbereitet werden können, bis das Lithium nutzbar ist. Die Lithiumextraktion dauert hierbei nur einige Stunden – in Südamerika dauert die Gewinnung durch Verdunstung dagegen mehrere Monate und kann durch starken Regen zum Beispiel um Wochen oder Monate verzögert werden.

Auf bis zu 200 Milligramm Lithium pro Liter Wasser beziffert Geowissenschaftler Jens Grimmer vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT die Menge des Rohstoffs in der deutschen Landschaft. Zusammen mit dem Batterierohstoff können Elemente wie Rubidium oder Cäsium aus dem Thermalwasser gewonnen werden. Sie werden in der Laser- und Vakuumtechnologie eingesetzt. Durch die bereits bestehenden Geothermie-Anlagen werden laut KIT bis zu zwei Milliarden Liter Thermalwasser geleitet. Nach der Nutzung wird es zurück in die Erde gebracht – so werden keine schädlichen Stoffe freigesetzt und gleichzeitig geothermisch Strom und Wärme produziert.

Auch das australische Unternehmen Vulcan Energy hat unter dem Projektnamen Zero Carbon Lithium ein Verfahren vorgestellt, das keine Treibhausgasemissionen verursachen und kaum Wasser verbrauchen soll. Hier filtern ebenfalls Geothermie-Kraftwerke, die die Wärme aus dem Oberrheingraben nutzen, Lithium aus der heißen Sole. Der dafür benötigte Strom stammt ebenso aus der regenerativen geothermischen Energie – so wird der gewonnene Rohstoff CO2-neutral. Was davon nicht für die Lithium-Produktion gebraucht wird, wird ins öffentliche Wärme- und Stromnetz eingespeist. Das lithiumhaltige Wasser fließt in eine Extraktionsanlage, in der das Lithium von den anderen im Wasser gelösten Elementen abgeschieden und später raffiniert wird. Das Thermalwasser wird nach der Nutzung, wie bei Geothermiekraftwerken üblich, zurück in die Erde gespült.

Der Lithiumgehalt in den Ozeanen ist ungefähr fünfmal so hoch wie an Land © Matthias Pens / Unsplash
Der Lithiumgehalt in den Ozeanen ist ungefähr fünfmal so hoch wie an Land © Matthias Pens / Unsplash

Lithium aus Meerwasser

In Saudi-Arabien haben Forscher der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) eine Methode entwickelt, bei der aus Meerwasser Lithium für E-Auto-Batterien gewonnen werden kann. Der Lithiumgehalt in den Ozeanen ist ungefähr fünfmal so hoch wie an Land, allerdings ist es mit 0,2 Parts per Million (ppm) äußerst gering konzentriert. Die Wissenschaftler am KAUST nutzen zur Lithiumextraktion eine elektrochemische Zelle mit einer Keramikmembran aus Lithium-Lanthan-Titan-Oxid (LLTO). Deren kristalline Struktur lässt durch kleine Löcher die Lithiumionen passieren, hält aber andere, größere Metallionen zurück. In mehreren Schritten kann auf diese Weise festes Lithiumphosphat gewonnen werden – rein genug für die Produktion von Autobatterien.

Kostet ein solches Verfahren nicht eine große Menge Energie? Die Forscher aus Saudi-Arabien schätzen, dass für die Extraktion von einem Kilogramm Meereslithium Energie im Wert von lediglich fünf US-Dollar gebraucht wird. Und am Ende kann das übriggebliebene Wasser in Entsalzungsanlagen zu Trinkwasser aufbereitet werden.

Noch werden diese Verfahren nicht für eine Massenproduktion an Lithium angewandt. Aber wenn Lithium zukünftig C02-neutral und ressourcenschonend produziert werden kann, wird das Fahren mit dem Elektromobil gleich doppelt so viel Spaß machen.

(Aufmacherfoto: © KIT/Amadeus Bramsiepe)

Die IAA MOBILITY wandelt sich von einer reinen Autoshow zur internationalen Mobilitätsplattform mit vier Säulen: Dem Summit, der Conference, der „Blue Lane“ und dem innerstädtischen Open Space. Unter dem Motto „What will move us next“ steht sie für die digitale und klimaneutrale Mobilität der Zukunft. Vom 7. bis 12. September 2021 kommen die Auto-, Fahrrad- und Tech-Industrie auf der IAA MOBILITY in München zusammen.