Lithium ohne Hochofen: MIT-Verfahren löst Gestein bei Raumtemperatur

Lithium steckt nicht nur in Salzseen, sondern auch in hartem Gestein, vor allem im Mineral Spodumen. Dort lagern große Mengen des Rohstoffs, die sich bislang jedoch schwer erschließen lassen. Der konventionelle Abbau erfordert Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius, anschließend wird das aufgebrochene Gestein chemisch ausgelaugt. Der Rest landet auf dem Abraum. Diese Methode frisst Energie, erzeugt Abfall und kostet deutlich mehr als die Lithiumgewinnung aus Salzsolen, die ihrerseits andere Umweltprobleme mit sich bringt.

Ammoniumfluorid als Schlüssel

Der Ausgangspunkt für das neue MIT-Verfahren war buchstäblich ein Badezimmer. Der Materialwissenschaftler Yet-Ming Chiang erinnerte sich an eine Glasätzpaste, die er vor 25 Jahren in einem Baumarkt entdeckte. Der Wirkstoff: Ammoniumfluorid. Spodumen besteht wie Glas zu großen Teilen aus Siliziumdioxid. Gängige chemische Verfahren umgehen genau diese Siliziumverbindungen, weil die Bindungen besonders stabil sind. Chiangs Team kehrte die Logik um: Eine Mischung aus Wasser und Ammoniumfluorid löst das Siliziumdioxid zuerst auf, bei Raumtemperatur.

Ein Kreislauf ohne nennenswerten Abfall

Das Verfahren geht deutlich weiter als nur das Aufschließen des Gesteins. Das Forschungsteam entwickelte schrittweise Methoden, um alle drei Hauptbestandteile des Spodumens separat zu isolieren: batterietaugliche Lithiumsalze wie Lithiumhydroxid und Lithiumcarbonat, Aluminiumoxid für die Schmelzindustrie sowie Siliziumdioxid als Zementzusatz. Anschließend gewinnt das Team Lösungsmittel und Reagenz zurück und setzt sie erneut ein. Das Ergebnis ist ein geschlossener Kreislauf, der kaum Abfall produziert.

Chiang beschreibt das Prinzip mit einem kulinarischen Bild: „Nose-to-tail mining.“ Alles, was aus dem Gestein kommt, findet Verwendung. Das Team testete das Verfahren an 17 verschiedenen Spodumenproben aus aller Welt und erzielte stabile Ergebnisse.

Halbierte Kosten, breite Anwendbarkeit

Die Forscher:innen schätzen, dass ihr Verfahren rund halb so viel kostet wie die herkömmliche Hartgestein-Extraktion, womit es sich in der Nähe der Sole-Methode bewegt. Bis 2040 muss die globale Lithiumproduktion laut Studien auf das Vierfache steigen. Hartgesteinslagerstätten gibt es weltweit in großen Mengen, auch in den USA. Das Verfahren könnte helfen, diese Ressourcen unabhängig von chinesischen Raffinerien zu erschließen.

Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Science. Das MIT-Team hat bereits das Spinout-Unternehmen Rock Zero gegründet, das die Technologie skalieren will. Finanziert wurde die Forschung unter anderem von der US-Energiebehörde ARPA-E und der National Science Foundation.

via MIT via EurekaAlert