Aus Fluiden, also mineralreichen Lösungen, aus Salzseen und geothermalen Systemen lassen sich möglicherweise kritische Rohstoffe wie Lithium ohne großflächige Umweltzerstörung gewinnen. In der Initiative BRIDGE untersuchen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) gemeinsam mit chilenischen Partnern entsprechende Lagerstätten in der Atacama-Wüste. Ziel ist es, ihr Rohstoffpotenzial zu analysieren und Strategien für einen schonenden Abbau zu entwickeln.

Der europäische Critical Raw Materials Act (CRMA) verpflichtet die Mitgliedstaaten der EU, ihre Versorgung mit strategisch bedeutsamen Rohstoffen resilienter aufzustellen. Künftig sollen mindestens zehn Prozent des Bedarfs in Europa gedeckt werden. Selbst mit dem Erreichen dieser Quote wird Deutschland also weiterhin den Großteil seiner kritischen Rohstoffe importieren. Chile ist hierbei ein zentraler Partner – zuletzt bekräftigt durch die institutionalisierte deutsch-chilenische Rohstoff- und Energiepartnerschaft mit Sitz in Santiago de Chile.

„Allerdings stehen konventionelle Abbaumethoden immer stärker in der Kritik“, sagt Dr. Fabian Nitschke vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT und Mitbegründer der deutsch-chilenischen Initiative BRIDGE (steht für: German-Chilean Institute for Element Extraction from Brines and Integrated Geological Reservoir Modeling). „Der Status quo belastet Menschen und Ökosysteme vor Ort. Wir wollen zeigen, dass ein Rohstoffabbau auch anders funktionieren kann – schonender, umweltverträglicher und in enger Partnerschaft mit den Menschen vor Ort, in Chile genauso wie in Deutschland.“

Forschungskampagne in der Atacama-Wüste

Der Lithiumabbau in Chile in der Atacama-Wüste erfolgt typischerweise durch die Nutzung großer Verdunstungsbecken. Dabei werden salzhaltige Lösungen über Monate oder Jahre an der Oberfläche konzentriert. „Durch die Verdunstung an der Sonne verbrauchen diese Verfahren zwar wenig externe Energie, greifen dafür aber stark in die Oberfläche der Salzseen ein und können dabei meistens nur etwa 50 Prozent des im Fluid enthaltenen Lithiums extrahieren“, sagt Dr. Valentin Goldberg, ebenfalls vom AGW des KIT und Mitbegründer von BRIDGE. Ziel der Initiative sei es deshalb, technische Alternativen zu nutzen, die ohne langwierige Verdunstung und ausgedehnte Flächennutzung auskommen und gleichzeitig eine effizientere Ressourcennutzung ermöglichen.

„Wir prüfen beispielsweise Verfahren der Direktextraktion, bei denen kritische Rohstoffe mithilfe selektiver Materialien oder chemischer Prozesse unmittelbar aus den Lösungen abgeschieden werden. Diese Materialien wirken wie chemische Filter, die gezielt einzelne Elemente aufnehmen“, so Dr. Fabian Jeschull vom Institut für Angewandte Materialien des KIT, der an BRIDGE beteiligt ist. „Die Lösungen führen wir im Anschluss wieder in das natürliche Reservoir zurück, um die Wasserbilanz neutral zu halten.“

Um zu prüfen, unter welchen Bedingungen sich solche Verfahren einsetzen lassen, untersuchen Forschende derzeit verschiedene Lagerstätten mineralischer Lösungen in der Atacama-Wüste. Während einer mehrwöchigen Forschungskampagne, an der weitere Geologinnen und Geologen aus Chile und Deutschland beteiligt sind, entnehmen sie Proben aus Salzseen sowie aus vulkanisch geprägten Reservoirsystemen und analysieren deren chemische und isotopische Zusammensetzung. „Uns interessiert, welche Rohstoffe neben Lithium in diesen Fluiden enthalten sind und wie sie sich gezielt gewinnen lassen“, sagt Goldberg.

Parallel dazu untersuchen die Forschenden die Lagerstätten als integrierte Systeme – vom geologischen Reservoir über die Stoffströme bis hin zu möglichen Aufbereitungsprozessen. „Wir beziehen dabei auch die im Fluid gespeicherte geothermische Wärme ein“, betont Goldberg. „Sie kann genutzt werden, um Energie für die Prozessführung bereitzustellen.“ Grundsätzlich ziele die Arbeit von BRIDGE darauf ab, Verfahren zu entwickeln, die Eingriffe in Landschaft und Ökosysteme reduzieren und gleichzeitig den Energiebedarf sowie die Emissionen der Rohstoffgewinnung deutlich senken.

Anwendung auch in Europa denkbar

Um Transparenz, Partizipation und gesellschaftliche Akzeptanz zukünftiger Rohstoffprojekte sicherzustellen, findet die Forschungskampagne in Chile im engen Austausch mit Vertreterinnen und Vertretern indigener Gemeinschaften vor Ort statt. Mittelbar könnten diese Gemeinschaften durch eine wissenschaftliche Überwachung des Wasserhaushaltes profitieren, ebenso von der energetischen Nutzung der geothermischen Systeme und unter Umständen sogar von einer Trinkwasserversorgung durch aufbereitetes Thermalwasser. „Unsere gemeinsame Forschung ist aber keinesfalls auf eine Anwendung in Chile beschränkt“, sagt Nitschke. „Die Kooperation ermöglicht gleichzeitig einen Wissenstransfer nach Deutschland, insbesondere durch die umfangreichen Erfahrungen aus der Lithiumextraktion in Chile. Sie eröffnet damit auch für Lagerstätten in Deutschland und Europa neue Möglichkeiten.“

Bild oben: Während einer mehrwöchigen Forschungskampagne in der Atacama-Wüste beproben chilenische und deutsche Geologinnen und Geologen vulkanisch geprägte Reservoirsysteme. Foto: Valentin Goldberg, KIT