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19-12-2023 | Rohstoffe | Schwerpunkt | Article

Mit Lithiumerz in die Unabhängigkeit

Author: Andreas Burkert

4:30 min reading time

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Die Autonomie der Lithiumproduktion ist Europas Masterplan unter anderem für die Elektromobilität. Im Fokus steht dabei Lithiumerz aus dem Erzgebirge und eine Lithium-Raffinerie in Ostfriesland, die sich regenerativer Energie bedient. 

Der Wybelsumer Polder war vor nicht allzu langer Zeit Anbaugebiet für rund 300 ostfriesische Gemüsebauer. In wenigen Jahren allerdings wird am Dollart, nahe der Nordseeküste, die derzeit wohl wichtigste Zutat für die Elektromobilität produziert: Lithium. Ab 2026 will das Chemieunternehmen Livista Energy GmbH mit Sitz in Luxemburg dort die Produktion des Batteriegrundstoffs aufnehmen, um die wachsende Industrie für Elektrofahrzeuge Europas beliefern zu können. In wenigen Arbeitsschritten soll aus Lithiumerz Lithium werden. 

Laut den Angaben des Unternehmens wird die Raffinerie in unmittelbarer Nähe zum Volkwagenwerk in Emden zunächst jährlich 40.000 t batterietaugliches Lithium produzieren. Darüber hinaus ist geplant, zusätzlich 10.000 t Lithium-Carbonat herzustellen. Mit diesen Mengen lassen sich rund 850.000 mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren betriebene Elektrofahrzeuge ausstatten – so zumindest lauten die Pläne des Livista-Geschäftsführers Daniel Bloorder. Er zeigt sich zudem optimistisch, dass sich die Produktionskapazität später auch verdoppeln lässt. 

Zinnwaldit ist die Hoffnung der Elektromobilität

Die Wahl des Standortes ist strategisch und politisch geplant. Zum einen ist die "Lithium-Produktion in Emden eine große Chance für die Zusammenarbeit der niedersächsischen, deutschen und europäischen Industrie", wie es Niedersachsens Wirtschaftsminister Olaf Lies erklärt. Immerhin soll eine Lücke in den europäischen Lieferketten geschlossen werden, um die Abhängigkeit von asiatischen Lithium-Raffinerien zu verringern. Zum anderen kann Livista auf die Energie von Europas größtem On-Shore-Windpark zugreifen, der sich ebenfalls am Wybelsumer Polder befindet.

Derzeit sind dort auf 380 ha 54 Anlagen installiert, die eine Gesamtleistung von 70 MW bereitstellen können. Zwar gibt ein Sprecher des Chemieunternehmens auf unserer Anfrage hin keine Auskunft darüber, nach welchem Verfahren sie das Lithium herstellen wollen, noch wie hoch der Energiebedarf für das Umwandeln in Lithiumcarbonat ist. Im Beitrag Wie sich Lithiumcarbonat aus Zinnwaldit und Altbatterien gewinnen lässt, lässt sich aber ein erster Eindruck gewinnen, wie hoch der energetische Aufwand ist. 

Lithiumcarbonat zu Weltmarktpreisen anbieten

Am Beispiel von Zinnwaldit sind Temperaturen von 1.000 °C notwendig, auf die das zerkleinerte Material erhitzt werden muss. Dabei komme es zu einer Phasenumwandlung, wobei aus dem Zinnwaldit neue Mineralphasen gebildet werden, zitiert Christiane Köllner das Forscherteam um Martin Bertau, Professor für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg. Mit dem von der TU vor etwa sieben Jahren entwickelten und patentierten Verfahren lässt sich aus dem silikatischen Lithiumerz Zinnwaldit 1 t Lithiumcarbonat zu vergleichbaren Preisen gewinnen, wie sie auf dem Weltmarkt üblich seien.

Die Hauptkomponente ist dabei das lithiumreiche Silikat β-Spodumen, welches mit dem von der Bergakademie entwickelten Verfahren unter Zugabe von CO2 und Wasser als Laugungsmedium zu Lithiumhydrogencarbonat überführt werden kann. "Die gering konzentrierte Lithiumhydrogencarbonat-Lösung lässt sich mithilfe der Elektrodialyse anreichern. Wird das dabei erhaltene Konzentrat erhitzt, entweicht das CO2 und wie dies entsteht Lithiumcarbonat, welches sich einfach abtrennen lässt", erläutert Bertau in dem Beitrag. Das CO2 wird im Übrigen im Kreislauf geführt und "nicht in die Atmosphäre abgegeben", wie die Forscher ergänzen. Eine Zusammenfassung der Reaktionsformel des Verfahrensprozess ist im Buchkapitel Chemie der Elemente dargestellt. 

Hoffen auf Lithium aus dem Erzgebirge 

Die Verfahrenstechnik, aus mineralischem Gestein Lithium zu lösen, ist damit in allen Belangen marktreif. Und stellt mittlerweile eine ebenbürtige Abbaumethoden zur Gewinnung von Lithium aus Salzseen, wie dem Atacama-Salzsee in Chile, dar. Dort wird aus mehreren hundert Metern Tiefe Sole an die Oberfläche gepumpt, um es riesigen Becken verdunsten zu lassen. Der Lithiumgehalt beträgt nach etwa acht bis zwölf Monate etwa 6 %. Ein langwieriger Prozess, bei dem noch Chemikalien zugesetzt werden, die andere in der Sole enthaltene Minerale herauslösen. Diese müssen dann auf Abfallhalden deponiert werden.

Dass diese Möglichkeit der Lithiumgewinnung dennoch auf absehbare Zeit den Markt bestimmt, ist dem Umstand geschuldet, dass rund zwei Drittel der weltweit vorhandenen Lithiumreserven in Salzseen lagern, die sich in Bolivien, Chile und Argentinien finden. Für die deutsche wie auch europäische Politik ist dies ein Dorn im Auge. So hat die EU mit den Critical Raw Materials Act (CRMA) im März 2023 ein Maßnahmenpaket beschlossen, um "das Risiko in der Versorgung mit kritischen Rohstoffen beherrschbar zu machen". So erklärt es Thomas Siebel in seinem Beitrag Wie die EU von Lithium- und Kobaltimporten unabhängig werden könnte.

Lukrative Wertschöpfungskette für grünes Lithium

Trotz einer möglichen Rohstoffautonomie werden die Materialkosten bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen hoch bleiben. Derzeit nehmen sie 72 % den Hauptanteil der Batterie-Gesamtkosten ein. So bilanziert es die Ausarbeitung "Komponentenherstellung einer Lithium-Ionen Batteriezelle" der PEM-Falkultät der RWTH Aachen und des VDMA. Laut einer Analyse der Wertschöpfungskette von Akkumulatoren "Lithium, Informationen zur Nachhaltigkeit", die die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe vor etwa drei Jahren durchgeführt haben, beträgt die Wertsteigerung von Spodumenkonzentrat zu Lithiumcarbonat ungefähr Faktor 5 bis 6. Ein lukratives Geschäft. 

Und noch etwas Positives bietet die Lithiumcarbonat-Produktion: einen niedriger CO2-Fußabdruck. Laut den Autoren des Berichts liegt dieser bei der Batterieproduktion weit unter 10 %. Der Gesamtbeitrag hängt natürlich auch von dem genutzen Strommix ab. Der Standort Wybelsumer Polder dürfte damit prädestiniert sein für grünes Lithium.

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