Der lange Weg zur Batterie

Lithium kommt wegen seiner hohen Reaktionsfreudigkeit nie als reines Metall vor, sondern nur in Form von Lithiumsalzen. Diese finden sich zum einen als Minerale in Erzvorkommen, zum anderen gelöst in der salzhaltigen Sole von Salzseen, hydrothermalen Tiefenwässern oder den wässrigen Beimischungen von Ölvorkommen. Das weltweit geförderte Lithium stammt zurzeit rund zur Hälfte aus Sole und zur Hälfte aus Festgesteinen.

Wie machbar und rentabel die Lithiumgewinnung aus solchen Ressourcen ist, hängt sowohl vom Lithiumgehalt der Solen und Erze ab, als auch von der sonstigen Zusammensetzung der Rohmaterialien. Denn je mehr Verunreinigungen in Form anderer Alkali- und Erdalkalimetalle das Material enthält, desto aufwändiger ist die Aufbereitung. Diese Aspekte sind es auch, die die deutschen Lithiumvorkommen lange Zeit nicht konkurrenzfähig erscheinen ließen. Die Förderung von reineren und reichhaltigeren Vorkommen war anderswo rentabler – bisher.

Vom Erz zum Batterierohstoff

Der größte Abbau von lithiumhaltigen Erzen findet zurzeit in Australien statt, das 2021 gut die Hälfte des weltweit geförderten Lithiums lieferte. Das dort am häufigsten vorkommende Mineral Spodumen (LiAlSi₂O₆) enthält bis zu 3,7 Prozent Lithium und relativ wenig störende Beimischungen. Das teils im Tagebau teils unter Tage geförderte Gestein wird zunächst zermahlen, getrocknet und durch magnetische und schwerebedingte Verfahren konzentriert.

Um jedoch daraus Batterierohstoff in Form der Salze Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid zu gewinnen, muss dieses Rohkonzentrat in einem mehrschrittigen Prozess durch Hitze und chemische Lösungsschritte aufbereitet werden. Allein die dafür nötigen Prozesschemikalien machen nach Angaben der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) rund 43 Prozent der Gesamtkosten aus.

Diese Aufbereitung für Lithium aus Festgesteinen findet jedoch meist nicht in den Förderländern statt, sondern nahezu ausschließlich in Asien. Der zurzeit größte Produzent für Batterierohstoffe in Form von aufbereitetem Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid ist laut DERA China. Abgesehen von den wirtschaftlichen Risiken einer solchen Quasi-Monopolstellung bedeutet dies auch, dass das Lithium für die Akkuherstellung enorme Transportwege zurücklegt – ein Faktor, der sich negativ auf die Klimabilanz der Batterien auswirkt.

Aus Sole auskristallisiert

Dier zweite Weg zum nutzbaren Lithium ist die Gewinnung aus salzhaltigem Wasser. Dieses gelöste Lithium wird zurzeit vor allem aus den großen Salzseen im südamerikanischen Lithium-Dreieck in Chile, Argentinien und Bolivien gefördert. Aber auch in China werden einige lithiumhaltige Solevorkommen bereits genutzt. Der Lithiumgehalt dieser Wässer liegt zwischen wenigen hundert und mehr als tausend Milligramm pro Liter. Am höchsten ist die Konzentration mit rund 1.570 Milligramm pro Liter im chilenischen Salzsee Salar de Atacama.

Der große Vorteil der Lithiumgewinnung aus den Salzseen: Einen Großteil der nötigen Arbeit erledigt die Sonne, die die Salzlauge verdunsten lässt und aufkonzentriert. Das Wasser wird dafür durch eine Reihe von Evaporationsbecken geleitet, in denen unter Zugabe verschiedener Chemikalien Fremdmetalle als Salze ausgefällt werden. Übrig bleibt eine gereinigte Lösung, aus der im Idealfall hochreines Lithiumchlorid oder direkt batteriegeeignetes Lithiumkarbonat gewonnen werden kann.

Der große Nachteil jedoch: Für diesen Prozess werden enorme Mengen an Wasser verbraucht – und das in einer der trockensten Regionen der Erde. Die Gewinnung einer Tonne Lithiumsalz benötigt im Schnitt rund zwei Millionen Tonnen Wasser. Und viel Zeit benötigt diese Aufbereitungsmethode auch: Von der Einleitung ins erste Becken bis zum fertigen Lithiumcarbonat oder Lithiumchlorid kann es bis zu 18 Monate dauern. Hinzu kommt, dass diese bisher gängige Form der Lithiumgewinnung aus Sole wenig effizient ist, weil im Schnitt nur rund 60 Prozent des in der Sole enthaltenen Rohstoffs abgetrennt werden können, der Rest wird ungenutzt mit dem Abwasser zurückgepumpt.

Kommt der Wandel?

Trotz der Nachteile sind diese klassischen Formen der Lithiumgewinnung aus Erzen oder Sole bislang dominant, weil wirtschaftlich am lukrativsten. Der allergrößte Teil der weltweiten Lithiumproduktion geht daher auf diese Fördermethoden und Regionen zurück. Doch mit der zunehmenden Nachfrage und den steigenden Lithiumpreisen rückt auch die Nutzung weiterer, bislang als nicht konkurrenzfähig geltender Ressourcen in den Fokus – und dazu gehören auch die deutschen Lithiumvorkommen…