Tiefengeothermie soll auch Lithium liefern

Geothermieanlagen könnten künftig nicht nur Wärme, sondern zugleich Lithium aus dem Untergrund fördern. Eine Studie unter Beteiligung der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG (Fraunhofer IEG) untersucht, unter welchen Bedingungen sich beide Nutzungen verbinden lassen. 

Als Beispiel dient das Norddeutsche Becken. Dort zirkulieren in mehreren Kilometern Tiefe heiße, salzhaltige Wässer, die gelöste Metalle enthalten. Nach Angaben des Fraunhofer IEG können in tiefen Sandsteinschichten Lithiumkonzentrationen von bis zu 600 Milligramm je Liter auftreten. Das Institut beziffert das theoretische Potenzial auf bis zu 26,5 Millionen Tonnen Lithiummetall. Dies entspreche rund 141 Millionen Tonnen Lithiumcarbonat, der am Markt üblichen Bezugsgröße.

Diese Zahl beschreibt allerdings den gesamten geologischen Bestand und nicht die technisch oder wirtschaftlich gewinnbare Menge. Wie viel Lithium sich tatsächlich fördern lässt, hängt laut den Forschenden von den Eigenschaften des jeweiligen Reservoirs, der Förderrate des Tiefenwassers und der Leistungsfähigkeit der Extraktionsanlage ab.
 
Das Verfahren des Fraunhofer IEG baut auf dem Kreislauf einer hydrothermalen Geothermieanlage auf. Eine Bohrung bringt heißes Tiefenwasser an die Oberfläche. Dort gibt es seine Wärme an ein Fernwärmenetz oder an industrielle Prozesse ab. Anschließend durchströmt das abgekühlte Wasser eine zusätzliche Anlage, die Lithium herauslöst. Danach wird es über eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund geleitet.

Die Forschenden haben geologische Daten, Laboranalysen und technische Modelle miteinander verknüpft. Sie berücksichtigten unter anderem die Lithiumkonzentration, die förderbare Wassermenge und der Wirkungsgrad der Aufbereitung. Auf dieser Grundlage sollen sich standortbezogene Abschätzungen erstellen lassen. Für eine typische Geothermieanlage nennt das Fraunhofer IEG als grobe Größenordnung mehrere Tonnen Lithiumcarbonat pro Jahr.

Für Betreiber könnte der Rohstoff zusätzliche Erlöse schaffen und damit helfen, die hohen Anfangsinvestitionen für Bohrungen und Anlagen zu finanzieren. Das gilt insbesondere dann, wenn die Infrastruktur für die Wärmeerzeugung ohnehin geplant oder bereits vorhanden ist. Im Norddeutschen Becken nutzen laut Fraunhofer IEG derzeit drei Forschungsstandorte und fünf kommerzielle Anlagen hydrothermale Energie. Mehr als 50 weitere Standorte befänden sich in Planung.

Industrialisierung steht noch aus

Von einer breiten kommerziellen Nutzung ist die gekoppelte Gewinnung dennoch entfernt. Verfahren zur Lithiumextraktion aus salzhaltigem Wasser wurden bereits erprobt, großtechnische Anlagen befinden sich nach Angaben des Instituts aber noch im Aufbau. Die Studie nennt fünf Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Betrieb.

Erstens muss das Tiefenwasser genügend Lithium enthalten, das auch über längere Zeit verfügbar bleibt. Zweitens braucht die Anlage eine ausreichende und stabile Förderrate. Drittens müssen Wärmeauskopplung und Rohstoffgewinnung technisch aufeinander abgestimmt sein. Hinzu kommen Materialien und Werkzeuge, die den hohen Temperaturen, Drücken und Salzgehalten standhalten. Schließlich entscheiden Umweltverträglichkeit, Genehmigungsfähigkeit und Akzeptanz über die Umsetzung.

„Heimische Lithiumproduktion funktioniert nur, wenn Geologie, Technik, Betrieb und Akzeptanz zusammenpassen“, sagt Katharina Alms vom Fraunhofer IEG. Entscheidend sei daher nicht allein die Konzentration des Rohstoffs, sondern das Zusammenspiel von Untergrund, Fördertechnik und Aufbereitung.

An der Untersuchung beteiligten sich neben dem Fraunhofer IEG unter anderem das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, das Karlsruher Institut für Technologie, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung sowie die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. Die Fachzeitschrift „Geothermics“ hat die Ergebnisse veröffentlicht. Die Studie betrachtet neben Lithium auch die mögliche Gewinnung von Kupfer aus Tiefenwässern. (ds)