Lithiumgewinnung aus dem Ozean könnte die Batterieindustrie ankurbeln

Da die Nachfrage nach Lithium mit dem Aufstieg von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen steigt, wenden sich Wissenschaftler dem Meer zu – wo riesige Reserven des kritischen Batteriematerials weitgehend ungenutzt bleiben.

Lithium, das leichte Metall, das für Hochleistungsbatterien unerlässlich ist, sieht sich wachsenden Lieferengpässen gegenüber, da terrestrische Quellen schwinden und Extraktionsmethoden Umweltbedenken aufwerfen. Das Meer, das schätzungsweise 180 Milliarden Tonnen Lithium enthält – fast 5.000-mal mehr als landgestützte Reserven – könnte eine Lösung bieten, aber die Gewinnung stellt gewaltige technische Herausforderungen dar.

Meerwasser enthält nur etwa 0,17 Teile pro Million Lithium – tausendmal verdünnter als in terrestrischen Salzebenen. Darüber hinaus werden Lithiumionen von weitaus reichlicheren Natrium-, Magnesium- und Kaliumionen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften begleitet, was die selektive Extraktion außerordentlich schwierig macht. Aktuelle kommerzielle Methoden wie die Solarevaporation (in Salzebenen verwendet) oder die Säureauslaugung (aus Hartgesteinerz) erweisen sich bei Meerwasserkonzentrationen als wirtschaftlich nicht realisierbar.

Forscher weltweit entwickeln innovative Ansätze, um diese Hürden zu überwinden:

Selektive Adsorptionsmittel: Fortschrittliche Materialien wie Lithium-Aluminium-Schichtdoppelhydroxide und Lithiummanganoxid zeigen vielversprechendes Potenzial für die bevorzugte Erfassung von Lithiumionen. Japanische Wissenschaftler haben kürzlich ein System unter Verwendung dieser Materialien demonstriert, das eine Lithiumausbeute von 90 % aus Meerwasser erreichte.

Elektrochemische Methoden: Durch die Anwendung präzise abgestimmter elektrischer Felder können Forscher Lithiumionen durch spezielle Membranen treiben und gleichzeitig konkurrierende Ionen ausschließen. Eine Studie aus dem Jahr 2023 in Nature Energy zeigte, dass dieser Ansatz den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 60 % senken könnte.

Membrantrennung: Es werden neuartige Nanofiltrationsmembranen mit lithiumselektiven Kanälen entwickelt. Während aktuelle Prototypen mit Haltbarkeitsproblemen zu kämpfen haben, deuten theoretische Modelle darauf hin, dass sie letztendlich eine Reinheit von 99 % zu wettbewerbsfähigen Kosten erreichen könnten.

Eine erfolgreiche Lithiumextraktion aus Meerwasser könnte die globalen Lieferketten verändern. Im Gegensatz zum Bergbau auf dem Festland – der oft einen umfangreichen Wasserverbrauch in ariden Regionen erfordert und toxische Nebenprodukte erzeugt – könnte die marine Extraktion zusammen mit Entsalzungsanlagen erfolgen und die bestehende Infrastruktur nutzen. Vorläufige Lebenszyklusbewertungen legen nahe, dass Lithium aus Meerwasser einen 30-40 % kleineren CO2-Fußabdruck haben könnte als herkömmliche Quellen.

Obwohl erhebliche technische und Skalierungsprobleme bestehen bleiben, haben die potenziellen Vorteile Investitionen von Regierungen und Unternehmen gleichermaßen angezogen. Da die Batterienachfrage ihr exponentielles Wachstum fortsetzt, könnten die Ozeane bald eine zentrale Rolle bei der Versorgung unserer sauberen Energiezukunft spielen.