Aus Meerwasser: Membran für Lithiumgewinnung ermöglicht weltweiten Abbau
Am Argonne National Laboratory(öffnet im neuen Fenster) in Illinois, USA, ist in Zusammenarbeit mit der Universität von Chicago eine Membran entwickelt worden, die gelöstes Lithium filtert. Gelingt die Umsetzung im industriellen Maßstab, könnte die Abhängigkeit von lithiumhaltigen Lagerstätten sinken. Auch Quellen mitten in Europa könnten erschlossen werden.
Dass die Trennung des Lithiums, dessen Konzentration im Meerwasser bei lediglich 1 zu 5 Millionen liegt, so zuverlässig funktioniert, hängt mit zwei Eigenschaften des Elements zusammen. Dank des speziellen Aufbaus der Membran, der im Detail in der Studie in Advanced Materials(öffnet im neuen Fenster) nachzulesen ist, kann sowohl anhand der Ladung des Ions als auch anhand der Atomgröße gefiltert werden.
Die Trennung vom ähnlich großen Magnesium erfolgt, weil dieses – anders als Lithium – doppelt positiv geladen ist. Anschließend erfolgt die Separierung von Natrium und Kalium, die deutlich größer sind.
Preiswerte Membranmaterialien
Die gewünschten Eigenschaften für dieses Trennverfahren wurden in Vermiculit, einem seltenen, aber preiswerten Tonmineral entdeckt. Es ist schon länger für eine hohe Ionenaustauschfähigkeit bekannt, löst sich aber in Wasser auf.
Geändert werden konnte das durch die Einbringung von Säulen aus Aluminiumoxid, die weniger als 2 Nanometer lang sind. Die befinden sich dann zwischen zwei Schichten von Vermiculit, die jeweils knapp 1 Nanometer messen.
So aufgebaut konnte die Membran laut der Forschungsergebnisse noch nach mehr als 5 Monaten genutzt werden. Die Herstellung der Schicht ist zwar aufwendig, aber günstige Materialien und eine lange Haltbarkeit könnten einen großflächigen Einsatz dennoch ermöglichen.
Lithiumvorrat im Wasser überragt andere Quellen
Trotz der niedrigen Konzentration ist Meerwasser die mit Abstand größte bekannte Quelle für Lithium. Mehr als 200 Millionen Tonnen des Leichtmetalls sind darin gelöst. Das entspricht zwei Dritteln aller verfügbaren Reserven.
Hinzu kommen bereits erforschte Tiefenwasserquellen(öffnet im neuen Fenster) , beispielsweise in Bruchsal in Baden-Württemberg. Hier liegt die Konzentration von Lithium um das Tausendfache höher als in Meerwasser.
Eine kostengünstige Filterung könnte auch hier die Wirtschaftlichkeit bei der Gewinnung von Lithium erhöhen, sofern sich die Technik im Dauereinsatz bewährt. Darüber hinaus gibt das Forschungsteam an, weitere Membranen entwickeln zu wollen, um zukünftig auch andere kritische Rohstoffe direkt aus dem Meer extrahieren zu können.