BMBF fördert Projekt "Hybride Lithiumgewinnung"

Das Verbundprojekt "Hybride Lithiumgewinnung" startet am 01.03.2011 mit einer Förderung vom BMBF. Innerhalb von zwei Jahren sollen hier sächsische Lithium-Ressourcen erschließbar gemacht werden. Beteiligt sind acht Professuren der Bergakademie und sechs regionale Unternehmen. Prof. Martin Bertau, der Leiter des Projekts, erklärt die Details.
Lithium ist eines der wichtigsten Themen der aktuellen Freiberger Forschung. „Wir verstehen uns als Universität der nachhaltigen Stoff- und Energiewirtschaft und arbeiten bei sämtlichen Forschungsthemen eng mit der Praxis, den Unternehmen, zusammen. Dass wir uns einem Rohstoff widmen, der für die Industrie von so entscheidender Bedeutung ist, versteht sich von selbst“, sagt Prof. Bernd Meyer, der Rektor der TU Bergakademie Freiberg.

Im Projekt „Hybride Lithiumgewinnung“ werden zwei Technologien erforscht: Die Lithiumgewinnung aus heimischen natürlichen Ressourcen einerseits und aus aufbereitetem Elektronikschrott andererseits sollen zusammengeführt werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Freiberger Lithiumforschung im Förderprogramm „Regionale Wachstumskerne – WK Potenzial“ über einen Zeitraum von zwei Jahren. Die Projektleitung liegt bei Prof. Martin Bertau vom Institut für Technische Chemie.

„Die Metallpreise werden weltweit weiter ansteigen. Doch Deutschland sollte perspektivisch seine eigenen Lithiumressourcen nutzen, wie das im Erzgebirge vorkommende Erz Zinnwaldit, unterirdische Wasservorkommen und auch das Lithium in alten Akkus. Deshalb wollen wir mit unserem Projekt einen regionalen Verbund für die Gewinnung, die Aufbereitung und das Recycling von Lithium aufbauen. Dieser Wachstumskern könnte neben den am Projekt beteiligten lokalen Firmen wie der Nickelhütte Aue, dem Messgerätehersteller MRU GmbH, G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft GmbH, dem Wärmeanlagenproduzenten UTF GmbH, der UVR FIA GmbH, einem Spezialisten für Verfahrenstechnik, und der Fluorchemie Dohna GmbH auch Ausgründungen der Bergakademie beinhalten“, sagt Dr. Matthias Fuhrland. Er ist Technologiescout beim Gründernetzwerk SAXEED und koordiniert an der TU Bergakademie Freiberg das Projekt.

Im ersten Arbeitsschritt werden sich die Freiberger Forscher mit den Lithium-Lagerstätten befassen. Prof. Bertau, was genau ist Inhalt des Forschungsprojekts? Was soll konkret herausgefunden werden?

Ziel unserer Forschung ist das Zinnwaldit, ein lithiumhaltiges Mineral, welches im Erzgebirge in nicht geringen Mengen vorkommt. In der Zukunft ist mit einem riesigen Bedarf an Lithium zu rechnen, denn es wird unter anderem für die Batterien von Elektroautos benötigt. Es ist bereits jetzt abzusehen, dass das die bekannten Vorkommen in Südamerika den Weltbedarf mittelfristig nicht abdecken können. Um volkswirtschaftlich vom erwarteten Ansteigen des Lithiumpreises sowie von geopolitischen Abhängigkeiten weniger abhängig zu werden, werden zunehmend auch kleinere Vorkommen wie die Zinnwalditlagerstätte im Erzgebirge interessant. Wir wollen erforschen, wie das heimische Lithiumerz rentabel und wirtschaftlich aus Zinnwaldit gewonnen werden kann. Aber nicht nur Zinnwaldit, ein Primärrohstoff, ist ein wichtiger Lithiumrohstoff, sondern auch Sekundärrohstoffe, wie z.B. ausgediente Lithiumionenakkus aus Mobiltelefonen oder Laptops.

Was ist das Neue an Ihrem Forschungsvorhaben bzw. wie ist der aktuelle Forschungsstand bzw. was ist im Moment in diesem Bereich möglich?

Zinnwaldit wurde bisher nicht im technischen Maßstab für die Lithiumgewinnung genutzt, insbesondere weil das darin enthaltene Fluorid technologische Probleme aufwarf. Bei klassischen Aufschlußverfahren entsteht hochgiftiger und hochkorrosiver Fluorwasserstoff, gleichzeitig verbrauchen diese Verfahren enorme Energiemengen. Unser Ansatz sieht vor, das Lithium über ein neues Verfahren zu gewinnen, welches bei nahezu Umgebungstemperatur arbeitet, und bei dem keine Umweltprobleme durch Fluorwasserstoff entstehen. Die Vorarbeiten hierzu belegen, dass das Konzept funktioniert. Ein weiterer Clou dieser Herangehensweise ist, daß so auch Sekundärrohstoffe, wie eben ausgediente Akkus, in die Lithiumgewinnung eingebunden werden können. Dabei streben wir an, die getrennt zu fahrenden Aufbereitungs- und Aufschlusswege für Primär- und Sekundärrohstoffe möglichst kurz zu halten und bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt eine gemeinsame Weiterverarbeitung, die naßchemische Prozessierung, zu erreichen. Der Vorteil ist hier, daß dann alle Wertmetalle in Wasser gelöst vorliegen. Die Herausforderung allerdings liegt darin, diese komplexen polymetallischen Lösungen zu trennen und Lithium sowie die Begleitmetalle in hoher Reinheit zu gewinnen. Dies verlangt eine profunde chemische Expertise, aber genau die ist ja an unserer Ressourcenuniversität gegeben, so wie auch die notwendige Kompetenz in den Bereichen Lagerstättenkunde, Aufbereitung oder Metallurgie. Gewonnen werden auf diese Weise Metalle wie Lithium, Cobalt, Nickel, Zinn, Zink, Wolfram, aber auch Begleitstoffe wie Fluoride oder Reinstquarz. So ist die Nachfrage nach reinen Fluoriden derzeit größer als das Angebot, und Reinstquarz kann zur Siliciumherstellung in der heimischen Photovoltaikindustrie eingesetzt werden. Verarbeitet man auch noch den im Erzgestein, dem sogenannten ‚Greisen‘, vorhandenen Topas als Hartstoff für die Baustoffindustrie bzw. im Straßenbau, wird der gesamte Rohstoff rückstandsfrei verwertet. Dieser Ansatz ist weltweit einmalig und wurde von der TU Bergakademie zum Patent angemeldet.

Über wie viele Jahre soll das Projekt laufen, wie groß ist die Fördersumme, wie viele Stellen sind mit dem Projekt verbunden?

Das Projekt geht zunächst über zwei Jahre, wir streben aber bereits jetzt ein Folgeprojekt an, um das Verfahren schnellstmöglich zur Anwendungsreife zu bringen. Auf Seiten der Bergakademie werden 20 wissenschaftliche Mitarbeiter eingebunden sein. Gleichzeitig bieten wir den Studenten zahlreiche Möglichkeiten, als Hilfswissenschaftler an den Einzelprojekten mitzuarbeiten. Auf diese Weise bieten wir den Studenten ein attraktives Studium mit Bezug zu hochaktuellen Themen an. Wir binden sie bereits sehr früh in die Arbeiten an der Forschungsfront zu Zukunftsthemen ein und erreichen so, daß unsere Absolventen eine exzellente Qualifikation besitzen. Durch den interdisziplinären Charakter des Projektes arbeiten die Studenten mit Kommilitonen aus anderen Fakultäten zusammen, was nur von Vorteil ist.

Wenn Sie das angestrebte Forschungsziel erreichen, was genau würde das für die Zinnwaldit-Vorkommen im Erzgebirge bedeuten? Ist dann Zinnwaldit-Bergbau wieder denkbar, da der Abbau wieder wirtschaftlich wäre?

Das wäre ideal, aber jetzt machen wir uns erst einmal an die Arbeit.

Bild: Prof. Martin Bertau, Direktor des Instituts für Technische Chemie der TU Bergakademie Freiberg, vor einer Technikumsanlage des Instituts, mit der Lithium aus Stoff-Gemischen, die mehrere Metalle enthalten, gewonnen werden kann. Er zeigt Zinnwaldit, ein Lithiumerz, das im Erzgebirge vorkommt. Die effiziente Gewinnung des zukunftsträchtigen Rohstoffs aus dem heimischen Gestein wird an den Instituten der TU Bergakademie Freiberg zusammen mit Strategien zur Lithiumrückgewinnung aus ausgedienten Akkus erforscht.
Fotograf: Detlev Müller

Ansprechpartner: 
Cornelia Riedel