Kristallisationsfäden: Wird Lithiumgewinnung damit endlich umweltfreundlicher?

Die Lithiumgewinnung bereitet der Wissenschaft und den Umweltschützern gleichermaßen Kopfzerbrechen. Noch brauchen wir das Material dringend für unsere Batterien, obwohl es schon einige erfolgversprechende Projekte mit besser verfügbaren Stoffen gibt. Wie lässt sich Lithium umweltschonender abbauen, ohne riesigen Flächenverbrauch? Prof. Z. Jason Ren und seine Kollegen an der Princeton University haben eine Idee – und konnten diese sogar schon erfolgreich testen.

Lithiumsalze lassen sich von Kristallisationsfäden ernten

Dem neuen Verfahren, das vielleicht demnächst die bisherige Lithiumgewinnung aus solehaltigem Wasser ablösen wird, liegt der Kapillareffekt zugrunde. Die Forscher spannten in ihrem Versuch 100 speziell konzipierte Fäden auf, an denen sich Lithium- und Natriumkristalle getrennt sammeln. Das Innere dieser Schnüre besteht aus einem wasseranziehenden (hydrophilen) Material, das Äußere ist wasserabstoßend (hydrophob). Die Mitte saugt das Solewasser kräftig an, während die Hülle die Flüssigkeit so schnell wie möglich wieder abstößt. Während des Verdunstungsvorgangs bleiben die Kristalle außen hängen und lassen sich ganz einfach abernten.

Zwar kommt Lithium auch in harten Mineralerzen vor, doch viel häufiger wird es aus salzhaltigem Grundwasser extrahiert. Bis jetzt pumpen die Lithiumfabrikanten dieses Wasser in riesige Teiche, aus denen es innerhalb vieler Monate verdunstet. Dabei entnehmen die Hersteller der Atmosphäre das anfallende Lithium. Der Prozess ist langwierig, umweltschädlich und flächenintensiv. Außerdem funktioniert er nur an Orten mit besonders reichhaltiger Lithium-Sole und trockenem, verdunstungsförderndem Klima.

Die Kapillarfäden verbessern den Prozess gleich mehrfach

Durch Einsatz der Kapillarfäden lässt sich der Flächenverbrauch deutlich reduzieren und das Verfahren beschleunigen. Die Lithiumkonzentration im Wasser muss nicht mehr hoch sein und das Klima auch nicht unbedingt besonders trocken. Doch der größte Vorteil liegt im signifikant verbesserten Umweltschutz — obwohl an dieser Stelle noch einige Luft nach oben ist.

Die Abscheidung von Natrium und Lithium funktioniert übrigens von selbst: Lithiumsalze sind besser löslich als Natriumsalze, darum siedeln sie sich oben an den Schnüren an, während das Natrium im unteren Bereich verbleibt. Der erleichtert die Ernte ungemein. Nun möchten die Forscher mit ihrem Spin-off-Unternehmen PureLi Inc. die Effizienz dieser Technik steigern und sie vermarkten. In der Fachzeitschrift Nature Water soll demnächst ein Artikel zum Thema erscheinen.