Ursprungligen publicerad på Karlsruhe Institute of Technology
Oavsett om energilagring i nätet, elektromobilitet eller bärbar elektronik – litiumjonbatterier har blivit en integrerad del av våra liv. Miljontals ton litium bryts på platser långt borta från Tyskland för att producera dem varje år. Men en uppfinning gjord av forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) kan nu också möjliggöra ekonomisk gruvdrift i detta land. Planen är att utvinna litium med en minimalt invasiv process från djupvattnen i geotermiska anläggningar i övre Rhengraven.
En mineralskatt är gömd i klippformationer djupt under övre Rhengraven:upplöst i saltvattenreservoarer väntar avsevärda mängder av grundämnet litium på att bli exploaterat. "Såvitt vi vet kan det vara upp till 200 milligram per liter", säger geovetaren Dr. Jens Grimmer från Institute of Applied Geosciences (AGW) vid KIT:"Om vi konsekvent använder denna potential skulle vi kunna täcka en avsevärd del av efterfrågan i Tyskland.” För närvarande är Tyskland nettoimportör av den eftertraktade resurs som främst behövs för tillverkning av battericeller för elfordon och är således av stor betydelse för förbundsregeringens klimatskyddsprogram. Importen kommer från de typiska gruvländerna Chile, Argentina och Australien, som står för mer än 80 procent av den globala produktionen.
Hittills har exploateringen av inhemska reserver förhindrats av bristen på en lämplig process för att utnyttja denna resurs på ett kostnadseffektivt, miljövänligt och hållbart sätt. Tillsammans med sin forskarkollega Dr Florencia Saravia från forskningsenheten för den tyska tekniska och vetenskapliga föreningen för gas och vatten (DVGW) vid Engler-Bunte Institute (EBI) vid KIT, utvecklade Grimmer en sådan process och KIT lämnade nu in ett patent ansökan om det. "I ett första steg filtreras litiumjonerna bort från termalvattnet och i ett andra steg koncentreras de ytterligare tills litium kan fällas ut som ett salt", säger Grimmer.
Minsta ekologiska skada vid inhemsk litiumbrytning
Jämfört med traditionella metoder för litiumproduktion från de sydamerikanska saltsjöarna och australiensiskt fast berg, erbjuder Grimmer-Saravia-processen några viktiga fördelar:Den befintliga infrastrukturen för geotermiska anläggningar, genom vilken upp till två miljarder liter termiskt vatten flödar varje år, kan användas. Till skillnad från klassisk gruvdrift produceras knappt någon överbelastning och markåtgången är minimal. Eftersom termalvattnet återförs till underjorden efter användning frigörs inga skadliga ämnen och den geotermiska el- och värmeproduktionen försämras inte. Litium kan utvinnas kontinuerligt inom några timmar i den geotermiska anläggningens termiska vattencykel, medan anrikningsprocessen i de sydamerikanska saltsjöarna tar flera månader och är mycket väderberoende. Kraftiga regn kan sätta tillbaka produktionen där med veckor eller till och med månader. Dessutom erbjuder processen möjligheten att extrahera andra sällsynta och värdefulla grundämnen såsom rubidium eller cesium från termalvattnet. Dessa krävs till exempel inom laser- och vakuumteknik.
Eftersom processen kan utnyttja den tekniska och energiska infrastrukturen i en geotermisk anläggning, utmärker sig dess CO2-balans mycket positivt jämfört med de traditionella processerna. ”Vi exporterar många miljöproblem till tredjeländer för att upprätthålla och förbättra vår levnadsstandard. Med denna process kan vi ta vårt ansvar och utvinna viktiga råvaror för modern teknik på ett miljövänligt sätt precis utanför vår egen dörr”, säger Florencia Saravia. "Vi kan också bygga upp regionala värdekedjor, skapa jobb och samtidigt minska geopolitiska beroenden."
Hundratals ton litium per år från en enda anläggning
Tillsammans med industripartners är de två forskarna nu i färd med att utveckla en testanläggning för litiumextraktion. I denna första prototypanläggning, som ska byggas i en geotermisk anläggning i övre Rhendiket, kommer flera kilo litiumkarbonat eller litiumhydroxid att utvinnas i ett första steg. Om testerna lyckas planeras byggandet av en storskalig anläggning. Det skulle då vara möjligt att producera flera hundra ton litiumhydroxid per år vid varje geotermisk anläggning. Enligt aktuella data uppgår potentialen i den övre Rhengraven på tyska och franska sidan till flera tusen ton utvinningsbart litium per år.
Mer om KIT Energy Center: http://www.energie.kit.edu 
I egenskap av "Forskaruniversitetet i Helmholtz Association" skapar och förmedlar KIT kunskap för samhället och miljön. Det är målet att ge betydande bidrag till de globala utmaningarna inom områdena energi, mobilitet och information. För detta samarbetar cirka 9 300 anställda inom ett brett spektrum av discipliner inom naturvetenskap, ingenjörsvetenskap, ekonomi samt humaniora och samhällsvetenskap. KIT förbereder sina 24 400 studenter för ansvarsfulla uppgifter inom samhälle, industri och vetenskap genom att erbjuda forskningsbaserade utbildningar. Innovationsarbetet vid KIT bygger en bro mellan viktiga vetenskapliga rön och deras tillämpning till gagn för samhället, ekonomiskt välstånd och bevarandet av vår naturliga livsgrund. KIT är ett av de tyska excellensuniversitetet.
Bild:Mer litium för framtidens elfordonsbatteri kan komma från geotermisk saltlösning (Bildkredit: Oak Ridge National Laboratory).
Via relaterad berättelse:Rädsla för litiumtillförsel väver över elfordon Glada samtal – eller inte, beroende på vad som är fallet
