Forscher zeigen Methode zur Lithium-Gewinnung aus Meerwasser

Forscher der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien haben über die Entwicklung eines wirtschaftlich tragfähigen Systems zur Gewinnung von hochreinem Lithium aus Meerwasser berichtet.

Ermöglichen soll dies eine elektrochemische Zelle, die eine Keramikmembran aus Lithium-Lanthan-Titan-Oxid (LLTO) enthält. Die Kristallstruktur des LLTO enthält Löcher, durch die die Lithuim-Ionen gerade so durchpassen und in eine separate Kammer geleitet werden können – größere Metall-Ionen werden hingegen blockiert werden. „LLTO-Membranen wurden bisher noch nie zur Extraktion und Konzentration von Lithium-Ionen verwendet“, sagt Entwickler Zhen Li.

Die Forscher haben nach eigenen Angaben die Zelle mit Meerwasser aus dem Roten Meer getestet. Bei einer Betriebsspannung von 3,25 Volt entstand an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Chlorgas. In einer Seitenkammer hinter der LLTO-Membran reicherte sich Lithium-haltiges Wasser an. Nach vier weiteren Aufbereitungszyklen habe diese Flüssigkeit eine Lithium-Konzentration von mehr als 9.000 ppm erreicht.

Aus dieser Lösung wiederum soll festes Lithiumphosphat gewonnen werden können, das andere Metallionen nur noch in Spuren enthalte. Damit sei das Material rein genug, um die Anforderungen der Batteriehersteller zu erfüllen, so die Saudis.

„Wir werden die Membranstruktur und das Zelldesign weiter optimieren, um die Prozesseffizienz zu verbessern“, sagt Gruppenleiter Zhiping Lai. Sein Team hofft auch auf eine Zusammenarbeit mit der Glasindustrie, um die LLTO-Membran in großem Maßstab und zu erschwinglichen Kosten zu produzieren. Angaben, wann solche Membranen in größeren Stückzahlen zur Verfügung stehen könnten, machen die Forscher nicht.

Pläne zur Lithium-Gewinnung aus Meerwasser sind nicht neu, bereits Ende 2019 berichtete IBM Research über Batterie-Materialien aus Meerwasser. Die Ozeane enthalten zwar ungleich mehr Lithium als die Reserven an Land, jedoch kommt das Material im Meerwasser nur in extrem niedrigen Konzentrationen vor. Die KAUST nennt in ihrem Bericht eine Lithium-Konzentration von nur 0,2 ppm, während das Lithium-Vorkommen in den Ozeanen etwa 5.000 Mal höher sei als an Land.

Um dieses Lithium im größeren Stil zu gewinnen, waren mit den Methoden der bisherigen Forschungsprojekte enorme Mengen Meerwasser nötig – und damit auch sehr viel Energie, um diese Wassermengen durch die Anlagen zu pumpen. Dieses Problem soll die Methode der Saudis lösen. Sie schätzen laut ihrem Bericht, dass mit ihrer Entwicklung lediglich Strom im Gegenwert von fünf US-Dollar nötig sei, um mit der Zelle ein Kilogramm Lithiumphosphat zu gewinnen. Hinzu kämen der Wert des erzeugten Wasserstoffs und Chlors. Zudem könne das restliche Meerwasser in Entsalzungsanlagen zu Süßwasser verarbeitet werden. Das würde die Kosten „mehr als ausgleichen“.
chemie.de, kaust.edu.sa