Ob in Cerankochfeldern oder Handy-Akkus, in elektrischen Zahnbürsten oder Autobatterien: Lithium ist in unserem Alltag allgegenwärtig – und die Nachfrage steigt insbesondere durch die Elektromobilität rasant an. Prognosen gehen von einer Vervierfachung der Nachfrage bis 2025 aus. Der Weltmarktpreis hat sich in den letzten zwei Jahren bereits mehr als verdoppelt. Eine Tonne Lithium kostet mittlerweile fast 14.000 US-Dollar, Tendenz steigend. In einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt haben Freiberger Forscherinnen und Forscher eine neue Technologie entwickelt, die die Lithiumgewinnung revolutionieren könnte. Ihre Idee ist es, Lithium mit ein und demselben Verfahren zu gewinnen und zu recyceln.

„Lithium ist ein kritischer Rohstoff“, sagt Martin Bertau, Chemiker an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg in Sachsen. „Man sollte es nicht wegwerfen und neues kaufen, sondern im Kreislauf behalten.“ Ein neues Verfahren zur Lithiumgewinnung, das die Freiberger Forscher gemeinsam mit regionalen Unternehmen entwickelt haben, könnte das in naher Zukunft möglich machen. Mit ihrem Verfahren können sie den wertvollen Rohstoff sowohl aus alten Akkus als auch aus dem Lithiumerz Zinnwaldit gewinnen, das reichlich unter dem sächsischen Zinnwald im Erzgebirge lagert.

Kein großflächiger Eingriff in die Natur

Die Gewinnung des Zinnwaldits ist unproblematisch. „Es wird durch Tiefbergbau abgebaut“, erläutert Martin Bertau. „Das heißt, anders als beim Abbau von Kohle gibt es keinen Tagebau und damit auch keinen großflächigen Eingriff in die Natur.“ Lediglich eine Öffnung im Berg, durch die Lastwagen rollen können, ist notwendig. Der Rohstoff wird unter Tage gewonnen und nur die Erze werden abtransportiert. Das restliche Material bleibt im Berg. Hohlräume, die später Probleme bereiten könnten, gibt es deshalb nicht.

Verfahren lässt sich auch für Recycling nutzen

Doch so einfach und umweltschonend es auch sein mag, den Rohstoff ans Licht zu holen, so schwierig ist es, daraus Lithium zu gewinnen. Denn das Zinnwaldit-Erz enthält auch Aluminium, Eisen und Fluor. Aus diesem Materialmix Lithiumcarbonat zu gewinnen, das unter anderem für die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien genutzt wird, ist erst durch das Freiberger Verfahren möglich: Zunächst wird dabei das Erz zerkleinert und auf circa 1.000 Grad Celsius erhitzt. Auf diese Weise bilden sich aus dem Zinnwaldit neue, mineralische Komponenten, vor allem ein lithiumreiches Silikat mit dem Namen Spodumen. „Unter Zugabe von Kohlendioxid und Wasser reagiert das im Spodumen enthaltene Lithium zu Lithiumhydrogencarbonat“, erklärt Chemiker Bertau. „Die gering konzentrierte Lithiumhydrogencarbonat-Lösung lässt sich mit Hilfe der Elektrodialyse anreichern. Das dabei erhaltene Konzentrat wird erhitzt, das CO 2 entweicht und es entsteht Lithiumcarbonat, welches sich einfach abtrennen lässt.“ Das Kohlendioxid gelangt nicht in die Atmosphäre, sondern wird aufgefangen und erneut genutzt. Das klingt sehr komplex, ist aber ein relativ unkompliziertes chemisches Verfahren, und das Beste daran: Es lässt sich genauso gut für das Recycling nutzen. Aus alten Akkus wird damit der Rohstoff Lithiumcarbonat wiedergewonnen und verschwindet nicht im Müll.

Unabhängig von teuren Importen

Die Kosten für das neue Verfahren sind überschaubar. Für die chemische Gewinnung einer Tonne Lithiumcarbonat aus Zinnwaldit rechnen die Freiberger Forscher mit 1.000 US-Dollar. Hinzu kommt die Finanzierung des Erzabbaus. Doch selbst damit bleiben sie mit ihrer Methode weit unter den derzeitigen Weltmarktpreisen. „Außerdem macht uns die Gewinnung des heimischen Zinnwaldits unabhängig von teuren Importen“, resümiert Martin Bertau. Dass ihre Idee aufgegangen ist, ist für ihn und seine Mitstreiter ein toller Erfolg: Die von ihnen entwickelte nachhaltige Technologie hat das Potenzial, die Lithiumgewinnung zu revolutionieren – weit über die Grenzen Sachsens hinaus.