Aus Fluiden, also mineralreichen Lösungen, aus Salzseen und geothermalen Systemen lassen sich möglicherweise kritische Rohstoffe wie Lithium ohne großflächige Umweltzerstörung gewinnen. In der Initiative BRIDGE untersuchen Forschende des KIT Karlsruher Institut für Technologie und der BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover, gemeinsam mit chilenischen Partnern entsprechende Lagerstätten in der Atacama-Wüste. Ziel ist es, Rohstoffpotenzial zu analysieren und Strategien für einen schonenden Abbau zu entwickeln.
Der europäische Critical Raw Materials Act (CRMA) verpflichtet die Mitgliedstaaten der EU, ihre Versorgung mit strategisch bedeutsamen Rohstoffen resilienter aufzustellen. Künftig sollen mindestens 10 % des Bedarfs in Europa gedeckt werden. Selbst mit dem Erreichen dieser Quote wird Deutschland also weiter den Großteil seiner kritischen Rohstoffe importieren. Chile ist ein zentraler Partner – zuletzt bekräftigt durch die institutionalisierte deutsch-chilenische Rohstoff- und Energiepartnerschaft mit Sitz in Santiago de Chile.
„Allerdings stehen konventionelle Abbaumethoden immer stärker in der Kritik“, sagt Dr. Fabian Nitschke, vom AGW Institut für Angewandte Geowissenschaften am KIT und Mitbegründer der deutsch-chilenischen Initiative BRIDGE (steht für: German-Chilean Institute for Element Extraction from Brines and Integrated Geological Reservoir Modeling). „Der Status quo belastet Menschen und Ökosysteme vor Ort. Wir wollen zeigen, dass ein Rohstoffabbau auch anders funktionieren kann – schonender, umweltverträglicher und in enger Partnerschaft mit den Menschen vor Ort, in Chile genauso wie in Deutschland.“
Forschungskampagne in der Atacama-Wüste
Der Lithiumabbau in Chile in der Atacama-Wüste erfolgt typischerweise durch die Nutzung großer Verdunstungsbecken. Dabei werden salzhaltige Lösungen über Monate oder Jahre an der Oberfläche konzentriert. „Durch die Verdunstung an der Sonne verbrauchen diese Verfahren zwar wenig externe Energie, greifen dafür aber stark in die Oberfläche der Salzseen ein und können dabei meistens nur rund 50 % des im Fluid enthaltenen Lithiums extrahieren“, sagt Dr. Valentin Goldberg, ebenfalls vom AGW und Mitbegründer von BRIDGE. Ziel der Initiative ist es deshalb, technische Alternativen zu nutzen, die ohne langwierige Verdunstung und ausgedehnte Flächennutzung auskommen und gleichzeitig eine effizientere Ressourcennutzung ermöglichen.
„Wir prüfen beispielsweise Verfahren der Direktextraktion, bei denen kritische Rohstoffe mithilfe selektiver Materialien oder chemischer Prozesse unmittelbar aus den Lösungen abgeschieden werden. Diese Materialien wirken wie chemische Filter, die gezielt einzelne Elemente aufnehmen“, erklärt Dr. Fabian Jeschull, vom Institut für Angewandte Materialien des KIT, der an BRIDGE beteiligt ist. „Die Lösungen führen wir im Anschluss wieder in das natürliche Reservoir zurück, um die Wasserbilanz neutral zu halten.“
Um zu prüfen, unter welchen Bedingungen sich solche Verfahren einsetzen lassen, untersuchen Forschende derzeit verschiedene Lagerstätten mineralischer Lösungen in der Atacama-Wüste. Während einer mehrwöchigen Forschungskampagne, an der weitere Geologen aus Chile und Deutschland beteiligt sind, entnehmen sie Proben aus Salzseen sowie aus vulkanisch geprägten Reservoirsystemen und analysieren deren chemische und isotopische Zusammensetzung. „Uns interessiert, welche Rohstoffe neben Lithium in diesen Fluiden enthalten sind und wie sie sich gezielt gewinnen lassen“, erklärt V. Goldberg.
Parallel dazu untersuchen die Forschenden die Lagerstätten als integrierte Systeme – vom geologischen Reservoir über die Stoffströme bis zu möglichen Aufbereitungsprozessen. „Wir beziehen dabei auch die im Fluid gespeicherte geothermische Wärme ein“, betont V. Goldberg. „Sie kann genutzt werden, um Energie für die Prozessführung bereitzustellen.“ Grundsätzlich zielt die Arbeit von BRIDGE darauf ab, Verfahren zu entwickeln, die Eingriffe in Landschaft und Ökosysteme reduzieren und gleichzeitig den Energiebedarf sowie die Emissionen der Rohstoffgewinnung deutlich senken.
Anwendung auch in Europa denkbar
Um Transparenz, Partizipation und gesellschaftliche Akzeptanz künftiger Rohstoffprojekte sicherzustellen, findet die Forschungskampagne in Chile im engen Austausch mit Vertreterinnen und Vertretern indigener Gemeinschaften vor Ort statt. Mittelbar können diese Gemeinschaften durch eine wissenschaftliche Überwachung des Wasserhaushaltes profitieren, ebenso von der energetischen Nutzung der geothermischen Systeme und unter Umständen sogar von einer Trinkwasserversorgung durch aufbereitetes Thermalwasser. „Unsere gemeinsame Forschung ist aber keinesfalls auf eine Anwendung in Chile beschränkt“, sagt F. Nitschke. „Die Kooperation ermöglicht gleichzeitig einen Wissenstransfer nach Deutschland, insbesondere durch die umfangreichen Erfahrungen aus der Lithiumextraktion in Chile. Sie eröffnet damit auch für Lagerstätten in Deutschland und Europa neue Möglichkeiten.“
