Lithium aus dem Meer: Wie die USA die globale Rohstoff-Krise lösen wollen
(Bild: Neil Lockhart/Shutterstock.com)
Gefördert vom US-Energieministerium wollen Forscher die Ozeane als gigantische, nachhaltige Quelle für Lithium und Magnesium erschließen.
Die Ozeane der Erde bergen einen gewaltigen Schatz: Lithium, Magnesium, Nickel, Kobalt und Seltene Erden – alles Stoffe, ohne die weder Elektroautos noch Smartphones funktionieren.
Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) im US-Bundesstaat Washington arbeiten nun daran, diese Rohstoffe direkt aus dem Meerwasser zu gewinnen. Finanziert wird das Vorhaben vom Hydropower and Hydrokinetic Office des US-Energieministeriums.
"Schon 0,1 Prozent des Meerwassers enthalten genug kritische Mineralien wie Magnesium und Lithium, um – sofern wir sie vollständig gewinnen können – den Bedarf der Menschheit für die nächsten 50.000 Jahre oder länger zu decken", erklärte die chemische Ozeanographin Jessica Cross vom PNNL laut einer Mitteilung des Labors.
Ganz neu ist die Idee nicht: Die USA gewannen nach dem Zweiten Weltkrieg rund 50 Jahre lang Magnesium aus dem Meer, bevor billige Importe das Verfahren in den 1990ern verdrängten.
Das Verdünnungsproblem als zentrale Hürde
Das größte Hindernis bleibt die extrem geringe Konzentration der meisten Stoffe. Ein olympisches Schwimmbecken voll Meerwasser – rund 2,5 Millionen Liter – enthält zwar knapp 2.980 Kilogramm Magnesium, aber nur 0,42 Kilogramm Lithium und gerade einmal 0,00095 Kilogramm Nickel.
Zur Aufbereitung ausreichend großer Wassermengen wären enorme Energiemengen nötig.
Co-Flow-Reaktor ersetzt vier Prozessschritte
Für die Magnesiumgewinnung entwickelte das Team um die PNNL-Chemikerin Chinmayee Subban einen sogenannten Co-Flow-Reaktor. Dabei fließen Meerwasser und Natriumhydroxid parallel nebeneinander her.
An der Grenzfläche fällt hochreines Magnesiumhydroxid aus – ein Industrierohstoff, den die USA derzeit überwiegend importieren. Das Verfahren spart mindestens vier Schritte gegenüber dem historischen Dow-Prozess ein.
Eine Infrastrukturanalyse der PNNL-Ingenieurin Brooke Marten ergab: Kombiniert man die modularen Reaktoren mit der Entsalzungsanlage im kalifornischen Carlsbad, die täglich 108 Millionen Gallonen Meerwasser verarbeitet, ließen sich bei vollständiger Rückgewinnung täglich 524.000 Kilogramm Magnesiumhydroxid produzieren – mehr als das Dreifache des aktuellen US-Tagesverbrauchs .
Abfallsäure wird zum Nickel-Werkzeug
Die bei der bipolaren Membranelektrodialyse (BPMED) von Meerwasser anfallende Säure – eigentlich ein Abfallprodukt – erwies sich laut einer in RSC Sustainability veröffentlichten Studie als 37 Prozent wirksamer beim Auslaugen von Nickel aus dem Mineral Olivin als handelsübliche Salzsäure.
Die vorläufige Wirtschaftlichkeitsrechnung ergab einen Zusatzerlös von 24 US-Dollar pro Tonne Erz gegenüber früheren Ansätzen, die Nettoverluste auswiesen .
Parallel untersucht PNNL-Forschungsbotaniker Scott Edmundson, wie Meeresalgen kritische Stoffe "in Konzentrationen anreichern, die eine Million Mal höher sind als im umgebenden Meerwasser" .
Leicht saures BPMED-Abwasser beschleunigt dabei sogar das Algenwachstum. Bis zur wirtschaftlichen Skalierung bleibt allerdings ein weiter Weg – technisch wie finanziell.