Lithium: Neue Membran-Technologie macht Batterien grüner
Lithiumgewinnung aus Sole dauert lange und benötigt den Einsatz von Chemikalien. Eine neue Membrantechnologie kann das ändern.
(Bild: Freedom_wanted / Shutterstock.com)
Lithium ist der Schlüssel zur E-Mobilität. Bisher war die Gewinnung des Rohstoffs extrem umweltschädlich. Doch eine neue Membran könnte jetzt alles ändern.
Die Nachfrage nach Lithium steigt rasant. Das Leichtmetall ist essenziell für Batterien in Handys, Elektroautos und stationären Stromspeichern. Bisher wird Lithium hauptsächlich im Bergbau gewonnen. Doch Forscher des Imperial College London haben nun eine Alternative entwickelt, die das begehrte Metall effizienter und umweltschonender aus Salzwasserquellen wie Salzseen oder Geothermalsolen extrahieren soll.
Monatelanges Warten und hoher Ressourcenverbrauch
Herkömmlich dauert die Lithiumgewinnung aus Solen Monate und verschlingt erhebliche Mengen an Wasser und Chemikalien. Dabei entstehen klimaschädliche Treibhausgase. Das Team um Qilei Song vom Institut für Chemieingenieurwesen setzt stattdessen auf eine Membrantechnologie. Sie soll Lithium durch winzige Poren vom Salzwasser trennen.
"Die Polymersynthesewege basieren auf kommerziell erhältlichen Monomeren und einfachen chemischen Modifikationen, was die Skalierung der Membranen relativ einfach macht", erklärt Doktorand Dingchang Yang, der die Experimente leitete. Die Ergebnisse der Studie wurden jüngst im renommierten Fachmagazin Nature Water veröffentlicht.
Sanduhrförmige Mikroporen als Geheimnis
Das Geheimnis liegt in der Struktur der verwendeten Polymere mit intrinsischer Mikroporosität, kurz PIMs. Sie sind von sanduhrförmigen Mikroporen durchzogen, die geordnete Kanäle für kleine Moleküle und Ionen bilden. Songs Team hat diese Poren nun so verfeinert, dass sie hochselektiv für Lithium sind.
In einem Elektrodialysegerät werden die Lithiumionen durch Anlegen einer Spannung effektiv durch die Membranporen gezogen, während größere Magnesiumionen zurückbleiben. Tests an simulierten Salzseen zeigten: Die PIM-Membranen waren hochselektiv für Lithium und produzierten hochreines Lithiumcarbonat in Batteriequalität.
Potenzial weit über Lithium hinaus
Für eine praktische Anwendung müssen die Membranen in großen Mengen hergestellt werden können. Glücklicherweise lassen sich Polymere in gängigen Lösungsmitteln lösen und mit etablierten industriellen Verfahren zu Membranen verarbeiten. Sie lassen sich auch leicht in kommerzielle Membranmodule integrieren und mit anderen Trennverfahren kombinieren. All dies beschleunigt ihre Anwendung.
Doch Lithium ist nur der Anfang. Die hochselektiven Membranen könnten auch in anderen Bereichen wie der Wasseraufbereitung oder beim Recycling kritischer Metalle zum Einsatz kommen. Ein Forschungsschwerpunkt wird die Rückgewinnung von Kupfer und anderen Metallen aus Bergbauabwässern sein.
"Dies passt gut zur nachhaltigen Gewinnung kritischer Materialien, die vom Rio Tinto Centre for Future Materials am Imperial College vorangetrieben wird", betont Song. Die neue Membrantechnologie könnte damit ein Baustein für eine ressourcenschonendere Kreislaufwirtschaft werden.