Lithiumabbau im Verdunstungskraftwerk?
Lithiumabbau ist ein energieintensiver Prozess. Heute wird Lithium vorwiegend aus Lagerstätten in Gestein und Salzseen gewonnen. Jedoch ist das weitaus größte Vorkommen das im Meerwasser gelöste Lithium. Der Lithiumabbau aus Meerwasser könnte den Vorteil haben, dass man direkt metallisches Lithium gewinnt.
Idee: Nutzung der Qattara-Senke
Vor einigen Jahren beschrieb ich die Idee eines Verdunstungskraftwerks in einer Qattara-Senke in der Sahara in Nordägypten. Man könnte Meerwasser vom nahegelegenen Mittelmeer in diese Senke leiten. Es würde in der Senke in einem künstlichen See verdampfen, sodass man immer weiter Meerwasser einleiten und damit ein Wasserkraftwerk betreiben könnte.
Verdunstung: 8 Millionen Tonnen pro Tag
Meine Abschätzung damals beruhte auf der konservativen Annahme, dass nur ein Zwanzigstel der Fläche der Senke – also etwa 1000 Quadratkilometer – für den künstlichen See genutzt würde. Selbst bei dieser kleinen Fläche könnten 8 Millionen Tonnen Wasser pro Tag verdunsten.
Die elektrische Leistung des Kraftwerks wäre mit etwa 50 MWe eher gering, wohl mit ein Grund, warum diese Idee niemals umgesetzt worden ist. Aber der zusätzliche Abbau von im Meerwasser gelösten Mineralien aus dem entstandenen Salzsee wäre ein willkommener Bonus – wie hier am Beispiel vom Lithiumabbau.
Lithiumabbau aus dem entstandenen Salzsee
Der Lithiumanteil in Meerwasser ist gering – ich habe Zahlen um 0.000017% bis 0.00002% (0.17 – 0.2 ppm) gefunden. 0.000017% von 8 Millionen Tonnen wären 1360 kg Lithium pro Tag, die im stark salzigen See verbleiben, wenn das Wasser verdampft. Jeden Tag wird frisches Meerwasser und damit weiteres Lithium nachgefüllt.
Die Mineralkonzentration und damit auch die Lithiumkonzentration im Salzsee liegt wegen der Verdunstung des Wasser um ein Vielfaches höher als die im frischen Meerwasser. Es geht gar nicht um die direkte Lithiumgewinnung aus Meerwasser, sondern um den Lithiumabbau aus der ohnehin durch den Betrieb des Verdunstungskraftwerks anfallenden konzentrierten Sole.
Angenommen, man könnte diese Lithiummenge komplett aus der Sole extrahieren. Das ist natürlich unrealistisch, aber andererseits liege ich mit der Abschätzung der Oberfläche des Sees auch niedrig. Dann ergäbe eine Menge von 1360 kg pro Tag einen Jahresertrag von 500 Tonnen.
Lohnt sich dieser Lithiumabbau?
Damit wäre Ägypten unter den Top 10-Produzenten von Lithium weltweit, wenn auch weit hinter Australien, Chile und China. Aber unter Vermeidung der Umweltprobleme, wie sie beispielsweise in Bolivien entstehen. Dort wird Lithium aus salzigem Tiefenwasser gewonnen, das an die Oberfläche gepumpt wird.
Bei Lithium-Ionen-Batterien für elektrische Autos wird etwa 150 Gramm Lithium pro kWh Speicherkapazität benötigt. Selbst sehr große Lithium-Ionen-Akkus wie die mit 85 kWh Kapazität im Tesla S enthalten damit nur rund 12 kg Lithium. 500 Tonnen wären also ausreichend für 50000 – 100000 elektrische Autos und man könnte über den Aufbau einer lokalen Batterieproduktion herstellen, anstatt nur den Rohstoff ins Ausland zu exportieren.
Das ist nicht viel, aber eben auch nicht vernachlässigbar wenig. Ebenso wie die elektrische Leistung des Kraftwerks, das lokal schon etliche Industriebetriebe zuverlässig und dauerhaft mit Strom versorgen könnte. Man sollte in die wirtschaftliche Bewertung des Vorhabens sämtliche Nebeneffekte einbeziehen – den Lithiumabbau ebenso wie die lokale Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und die Auswirkungen auf das Mikroklima durch den See mit seiner hohen Wärmekapazität und thermischen Trägheit – ganz anders als die üblichen Wüstenverhältnisse.
Toll: Lithium aus Meerwasser könnte viele tausende von Jahre gefördert werden ohne zur Neige zu gehen: Echt nachhaltig.
Ähnliches gilt für die Urangewinnung aus Meerwasser mittels spezieller Adsorbentien. Das wäre nur 5 bis 10 Mal teurer als die heutige Förderung in Uranminen, könnte aber für viele Tausende von Jahren genügend Uran bereitstellen um damit Strom für die ganze Welt zu erzeugen..
Cesare Marchetti hat in den späten 1970er Jahren eine Vision einer nachhaltigen Wirtschaft mit 100% Recycling für 1000 Milliarden Menschen, die in vertikalen Städten leben, entworfen und dabei etwa vorgeschlagen, dass man auf Metalle umsteigt, die man aus dem Meerwasser gewinnen kann. Vor allem Magnesium sah er als zukünftiges aus dem Meerwasser gewinnbares Metall, denn im Meerwasser ist es zu mehr als 1 kg/m³ enthalten.
Richtig, die Lithiumgewinnung aus Meerwasser ist nur ein Beispiel. Meerwasser enthält eine Menge an Mineralien und Metallen: –> siehe hier. Kobalt wird für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien fast in derselben Menge benötigt wie Lithium. Im Meerwasser ist es jedoch nur mit 0.0001 ppm vertreten, also in sehr geringen Mengen.
Uran dagegen gibt es im Meerwasser mit etwa 0.0016 ppm, was auch nur ein Prozent der Lithiumkonzentration ist. In Meerwasser mit reduziertem Wasseranteil (wie im Verdustungskraftwerk) wäre die Konzentration um ein Vielfaches höher, was auch die Extraktionskosten verringern würde.
Wie üblich, hat Arthur C Clarke das Thema zu einer Kurzgeschichte verarbeitet –> siehe hier
Könnte man das verdunstende Wasser nicht irgendwie auffangen, also quasi solare Meerwasserentsalzung betreiben…Dann hätte man gleich noch Süßwasser dazu…
Das Lithium liegt im Meerwasser vorwiegend als Lithiumchlorid vor.
Um von 0,00002 Prozent Lithium auf 0,5 Prozent zu kommen, ist ein Konzentrationsfaktor von 25000 erforderlich.
Erst danach kann man das Lithiumchlorid mit Natriumcarbonat als Lithiumcarbonat ausfällen.
Natürlich werden beträchtliche Mengen von Natriumchlorid und vielen anderen Salzen währen des Konzentrationsvorganges als Nebenprodukte anfallen.
Für die interessanten Schwermetalle gibt es verschiedene Ionenaustauschverfahren, mit denen man sie selektiv binden kann.
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Wenn man über einem Teil der Verdunstungsfläche eine aufblasbare Kuppel aus transparenter Kunststofffolie errichtet, dann läuft das in ihr kondensierende Süßwasser ganz von selbst an ihren Wänden herab.
Wenn es gelingt, dem Verdunstungsbecken eine dunklere Färbung zu geben, dann wird ein größerer Anteil der Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt.
Die 1.360 kg verteilen sich aber auf 1.000 km², also 1,36 kg pro Quadratkilometer. Ich sehe das daher eher skeptisch.
Noch ein kleiner Hinweis: In einer Überschrift stehen 8 Millionen Liter (nicht tonnen) pro Tag.
Vielen Dank für den Hinweis auf den Fehler in der Überschrift.
In nicht wenigen Publikationen ist von Lithiumgewinnung aus Meerwasser die Rede. Ich setze jetzt einmal voraus, dass die dort beschriebenen Verfahren wirtschaftlich und technisch umsetzbar sind. Dann aber kann ich auch voraussetzen, dass mit der durch die Verdunstung bereits vorkonzentrierten Sole der Einsatz dieser Verfahren vereinfacht wird.
Man benötigt eine längere Reihe von Verdunstungsbecken. Nur ein stark vereinfachtes Beispiel wäre:
15 Becken, von denen jedes halb so groß wie das vorige ist, und in jedem Becken soll die Hälfte des Wassers verdunsten.
Das würde einen Konzentrationsfaktor von rund 32000 ergeben, und die unterschiedlichen Salze würden sich je nach ihrer Löslichkeit und Konzentration auf die Böden der unterschiedlichen Becken verteilen.
Die Gesamtfläche wäre nur doppelt so groß wie die Fläche des ersten Beckens, wegen der Limes-Funktion.
Natürlich geht es auch eleganter, mit den MOFs, den metal-organic Frameworks:
A new lithium extraction technique that could transform the desalination Industry:
https://www.protec-arisawa.com/a-new-lithium-extraction-technique-that-could-transform-the-desalination-industry/
Highly Efficient Separation of Lithium Chloride from Seawater:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja003472m
Man kann bei diesem Gefälle keine Turbine antreiben. Selbst wenn man von 130 Meter Höhenunterschied ausgeht und nur von einer Entfernung zum Meer von 100.000 Metern, dann ist das Gefälle 130/100.000=0,13%. Ich bin kein Hydrologe, aber ich denke nicht, dass das funktionieren würde.
Das grundsätzliche Konzept für das Verdunstungskraftwerk in der Qattara-Senke ist keine Idee von mir, aber ich habe nirgendwo gelesen, dass das so vorgesehen ist, dass das Meerwasser mit kontnuierlichem Gefälle von der Mittelmeerküste bis zum Boden der Senke geführt werden sollte. Dabei wäre die Fließgeschwindigkeit wohl in der Tat viel zu gering.
Soweit ich das verstanden habe, wäre ein Stichkanal mit dem minimal nötigen Gefälle zum Rand der Senke geführt worden. Von dort fließt das Wasser dann zum Talgrund, wobei eine ausreichend hohe Fließgeschwindigkeit erreicht wird.
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Sehr geehrter Herr Khan !
Ihre Rechnungen sind interessant, aber es gibt eine weiteren Rechnung : Meerwasser enthält 20 ppm Lithium, das sind 20 mg/kg. leider aber auch ca. 3,5% anderer Salze, das sind 35g/kg. Das Verhältnis liegt also bei 1: 17500. Heißt nach Verdunstung allen Meerwassers ist jedes kg Li in 17500 kg Meersalz versteckt. Eine Technologie, die diese kleine Menge aus soviel Salz zu vernünftigen Bedingungen herausholt, gibt es leider noch nicht. Finde ich genauso schade wie Sie.
Mit freundlichen Grüßen
Dr. Fietz (Dipl.Chem.)