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Wissenschaftler*innen erforschen nachhaltige Gewinnung aus Tiefenwässern
Im Verbundprojekt RoLiXX („Das Rotliegend als Lithiumressource im Norddeutschen Becken – von der EXploration zur EXtraktion“) untersuchen Forscher*innen, ob sich Lithium aus sehr salzreichen Tiefenwässern in tiefen geologischen Schichten des Norddeutschen Beckens nachhaltig und wirtschaftlich gewinnen lässt. Das Fachgebiet Angewandte Geochemie der TU Berlin übernimmt dabei die wissenschaftliche Federführung für die geologische Exploration und Ressourcenbewertung und liefert mit hochauflösender mineralogischer und geochemischer Analytik die Datengrundlage für eine verlässliche Vorhersage lithiumreicher Gesteinshorizonte.
Im Fokus von RoLiXX steht das sogenannte Rotliegend, eine rund 300 Millionen Jahre alte Gesteinsabfolge aus Sandsteinen und Vulkaniten, die weite Teile des Norddeutschen Beckens in mehreren tausend Metern Tiefe unterlagert. In diesen Gesteinen zirkulieren extrem salzhaltige Thermalwässer, sogenannte Solen. Analysen zeigen, dass sie in bestimmten Bereichen außergewöhnlich hohe Lithiumkonzentrationen enthalten – möglicherweise eine der größten Ressourcen Europas, bislang jedoch kaum erschlossen.
„Lithium ist ein strategischer Schlüsselrohstoff für Batterien und damit für Energiewende, Elektromobilität und die künftige Energiespeicherung in Europa“, sagt Prof. Dr. Thomas Neumann, Leiter des Fachgebiets Angewandte Geochemie. „Wenn wir Lithium in Deutschland und Europa verlässlicher und nachhaltiger verfügbar machen wollen, müssen wir die Ressource im Untergrund deutlich besser verstehen und gleichzeitig Extraktionsverfahren entwickeln, die auch unter hochsalinaren Bedingungen effizient und umweltverträglich laufen.“
Geologie verstehen, Förderung ermöglichen
Das Projekt adressiert zwei zentrale Herausforderungen: Zum einen geht es darum, die geologischen und geochemischen Bedingungen zu klären, unter denen sich hohe Lithiumgehalte in den Tiefenwässern konzentrieren. Zum anderen müssen geeignete Extraktionsverfahren für extrem salzreiche Wässer entwickelt werden, die bisher für diese chemisch anspruchsvollen Bedingungen noch nicht existieren. Denn die Solen enthalten neben Lithium zahlreiche weitere gelöste Elemente. Bei Druck- oder Temperaturänderungen während der Soleförderung können sich feste Ablagerungen bilden – sogenannte mineralische Ausfällungen – und die Leistungsfähigkeit der Förderungs- und Extraktionsanlagen im Beitrieb beinträchtigen. Ziel ist die Entwicklung einer möglichst feststofffreien Lithiumgewinnung aus der Sole. Die Ausfällungen werfen aber auch Umwelt- und Entsorgungsfragen auf: Welche chemische und mineralogische Zusammensetzung weisen sie auf und wie ist sie zu bewerten? Falls umweltrelevante Ausfällungen auftreten: welche Entsorgungs- bzw. Verwertungswege sind besonders umweltverträglich und nachhaltig?
Hightech-Analytik im Bohrkern
„Für uns steht die Frage im Vordergrund, warum sich dort so hohe Lithiumgehalte bilden konnten“, erklärt Dr. Ferry Schiperski, Projektleiter an der TU Berlin. „Wo ist das Lithium im Gestein gebunden, wie wird es mobilisiert und unter welchen Bedingungen entstehen die Ausfällungen, die eine Förderung technisch und ökologisch herausfordernd machen?“
Um diese Fragen zu beantworten, analysiert das Fachgebiet Angewandte Geochemie der TU Berlin systematisch vorhandene Bohrkerne aus dem Rotliegend sowie angrenzenden Gesteinseinheiten. Ziel ist es, lithiumführende Minerale eindeutig zu identifizieren, ihre räumliche Verteilung zu quantifizieren und ihre Entstehungsgeschichte zu rekonstruieren.
Im MAGMA-Lab (Mineralogisches & geochemisches Labor für Mikroanalytik) des Fachgebiets werden unter anderem Polarisationsmikroskopie, Röntgendiffraktometrie zur Bestimmung von Kristallstrukturen sowie Laser-ICP-Massenspektrometrie eingesetzt, mit der sich selbst geringste Lithiumkonzentrationen in einzelnen Mineralen präzise quantifizieren lassen.
Laborexperimente zur Lithiumfreisetzung und Prozessoptimierung
Ergänzend führen die Forscher*innen Laborexperimente unter formationsspezifischen Druck- und Temperaturbedingungen durch. Dabei wird untersucht, wie Lithium aus dem Gestein in Lösung geht und unter welchen Voraussetzungen es zu sekundären Anreicherungen oder unerwünschten Ausfällungen kommt. „Durch hochauflösende Analytik, gezielte experimentelle Studien und die systematische Zusammenführung von Literatur- und Bestandsdaten schaffen wir eine belastbare Grundlage, um lithiumreiche Schichten im Untergrund des Norddeutschen Beckens zuverlässiger zu prognostizieren und Gewinnungsprozesse dieser wertvollen Ressource gezielt zu optimieren“, erklärt Schiperski.
Von der Forschung zur Anwendung
RoLiXX, gefördert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt, verbindet geowissenschaftliche Grundlagenforschung mit prozesstechnischer Entwicklung. Die derzeit noch auf niedrigem technologischem Reifegrad befindlichen Ansätze sollen über skalierte Pilotversuche und Feldtests bis in Richtung einer Validierung unter realitätsnahen Bedingungen weiterentwickelt werden.
Das Projekt leistet damit zugleich einen Beitrag zur Umsetzung des Critical Raw Materials Act, mit dem die Europäische Union ihre Versorgung mit wichtigen Rohstoffen langfristig sichern will.
Verbundpartner sind das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien, das Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) GmbH (gemeinnützig) und die Neptune Energy Innovations GmbH. Assoziierte Partner sind die Bundesanstalt für Materialforschung und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.
Weitere Informationen erteilen Ihnen gerne:
Dr. Ferry Schiperski und Prof. Dr. Thomas Neumann
Fachgebiet Angewandte Geochemie
Fakultät VI Planen Bauen Umwelt
Dr. Ferry Schiperski
Tel.: +49 30 314-72606
E-Mail: schiperski@tu-berlin.de
Prof. Dr. Thomas Neumann
Tel.: +49 30 314-71449
E-Mail: neumann@tu-berlin.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Chemie, Geowissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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