Elektromobilität: Lithium für Akkus soll aus dem Meer kommen

Der Bedarf an Lithium für Akkus ist groß. Ein Team aus Saudi-Arabien hat ein Verfahren entwickelt, um den Rohstoff aus Meerwasser zu gewinnen.

Artikel veröffentlicht am 24. Juni 2021, 17:34 Uhr, Werner Pluta

Aus dem Meer lässt sich Lithium gewinnen. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Lithium aus dem Meer: Die Ozeane enthalten Unmengen an Lithium, wie es unter anderem für die Akkus für Mobilgeräte und Elektroautos benötigt wird. Eine in Saudi-Arabien entwickelte elektrochemische Zelle soll es ermöglichen, das Lithium aus dem Meerwasser zu gewinnen und zugleich noch Wasserstoff dazu.

Die Zelle hat drei Kammern: In die erste fließt Meerwasser. Eine zweite Kammer, die mit Phosphorsäure gefüllt ist, befindet sich einer mit Platin und Ruthenium beschichteten Kupferelektrode. Beide Kammern sind durch eine spezielle Membran getrennt.

Diese Membran, die von einem Team der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (Kaust) in Thuwal entwickelt wurde, ist das Kernstück der Zelle. Es handelt sich um eine Keramikmembran, die aus Lithium-Lanthan-Titan-Oxid (LLTO) besteht und deren Kristallgitter so beschaffen ist, dass Lithiumionen hindurchpassen.

Nur Lithium passt durch die Membran

Wird eine Spannung angelegt, wandern die positiven Lithiumionen durch Membran zu der Elektrode. Die anderen im Meerwasser gelösten Ionen, darunter Natrium, Magnesium und Kalium, die in viel höheren Konzentrationen vorkommen, passen hingegen nicht durch die Membran.

Die Zelle hat schließlich noch eine dritte Kammer, der sich eine weitere Platin-Ruthenium-Anode befindet. Diese Kammer ist von der zentralen ersten Kammer durch eine konventionelle Membran abgetrennt und mit einer Natriumchloridlösung gefüllt. In diese Kammer gelangen die negativen Ionen.

"LLTO-Membranen wurden bisher noch nie zur Extraktion und Konzentration von Lithiumionen verwendet", sagte Zhen Li, der die Zelle entwickelt hat. Getestet hat das Team seine Entwicklung mit Wasser aus dem Roten Meer.

Das Lithium wird konzentriert

Die Forscher legten eine Spannung von 3,25 Volt an, um den Transport des Lithiums durch Membran zu starten. Das mit Lithium angereicherte Wasser wurde dann erneut in die erste Kammer gefüllt. Nach fünf Zyklen betrug die Lithium-Konzentration 9.000 Parts per Million (ppm) - im Meerwasser liegt sie bei 0,2 ppm.

Wird der pH-Wert der Lösung erhöht, fällt schließlich festes Lithiumphosphat aus. Es enthält zwar noch Spuren anderer Metallionen, ist aber rein genug für die Produktion von Akkus. Zudem wird an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Chlor freigesetzt.

Die Stromkosten für die Gewinnung von einem Kilogramm Lithium sollen etwa fünf US-Dollar betragen. Würden die beiden Gase als Nebenprodukte vermarktet, könne das die Stromkosten mehr als decken, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Energy and Environmental Science. Die Membran soll sich zu akzeptablen Kosten von der Glasindustrie herstellen lassen. Das Team machte keine Angaben, wann das Verfahren marktreif sein könnte.