Der Krieg im Iran führt Deutschland derzeit wieder die Bedeutung einer möglichst breit aufgestellten Energie- und Rohstoffversorgung vor Augen. Um die Abhängigkeit bei den Rohstoffen Kupfer und Lithium für Deutschland zu reduzieren, braucht es Projekte wie CuLiWell des Helmholtz-Forums Erde und Umwelt. Das Projekt untersucht die Möglichkeit der gleichzeitigen Extraktion von Kupfer und Lithium aus geothermischen Fluiden des Norddeutschen Beckens. Als Projektpartner unterstützt das Fraunhofer IEG in Person von Dr. Katharina Alms. Sie bringt ihre Expertise zur Ressourcenbestimmung von Lithium aus Geofluiden in Deutschland ein.
Auf einem Stakeholder-Workshop für Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft, Politik, Industrie und Nichtregierungsorganisationen bewertete das Projekt nun konkret die technische, ökonomische sowie regulatorische Machbarkeit. Die Teilnehmenden des Workshops diskutierten das Rohstoffpotenzial der Ko-Extraktion von Kupfer und Lithium aus geothermischen Tiefenwässern bei gleichzeitiger Energiegewinnung. Dabei wurde der aktuelle Stand des Wissens zusammengefasst, offene Fragen bestimmt und überprüft, ob eine gleichzeitige Gewinnung von Rohstoffen und Energie technisch machbar, wirtschaftlich sinnvoll und rechtlich zulässig ist.
Abhängigkeit bei Kupfer und Lithium für Deutschland reduzieren
Kupfer und Lithium sind zwei der versorgungskritischen Rohstoffe (Critical Raw Material, CRM), die für die Energiewende unabdingbar sind: Lithium macht Batterien massentauglich, Kupfer ist das Leitmaterial der Elektrifizierung. Wer diese Metalle fast vollständig importiert, importiert auch Verwundbarkeit gegenüber Preissprüngen, brüchigen Lieferketten und geopolitischen Risiken.
Um diese Rohstoffabhängigkeit zu verringern, hat die EU den Critical Raw Materials Act ins Leben gerufen, der vorsieht, dass in Europa bis 2030 mindestens 10 % der strategischen Rohstoffe gefördert, 40 % verarbeitet und 25 % recycelt werden. Im europäischen CRM-Act werden u. a. Kupfer (Cu) und Lithium (Li) als kritische Metalle eingestuft. Einerseits sind die beiden Metalle für die EU-Wirtschaft und die Energiewende wichtig. Andererseits ist die EU bezüglich der Versorgung mit Kupfer und Lithium bis zu 100 % von anderen Ländern abhängig.
Ko-Produktion von Kupfer und Lithium gemeinsam mit Erdwärme
Auf der Suche nach heimischen Kupfer- und Lithiumstätten richtet sich der Blick auf die tiefen Gesteinsschichten im Norddeutschen Becken, das sich von den Küsten der Nord- und Ostsee bis hin zu den Mittelgebirgen erstreckt und über ein bedeutendes geothermisches Potenzial verfügt. Hier lagern in mehreren Kilometern Tiefe poröse Gesteinsschichten, die heißes, teils extrem salzhaltiges Tiefenwasser führen. Diese geothermischen Fluide sind nicht nur Träger von Wärme, sie können je nach geologischer Geschichte auch gelöste Rohstoffe wie Lithium und Kupfer enthalten. Die Idee: Wärme nutzen und zugleich wertvolle Rohstoffe aus dem Förderstrom abtrennen – eine doppelte Ernte.
Katharina Alms, vom Fraunhofer IEG in Bochum sieht vor allem die Durchlässigkeit der Rotliegend-Formation als limitierenden Faktor von Förderraten: »Die vielversprechendsten Ressourcen für Lithium befinden sich in den Lagerstätten an den südlichen und östlichen Rändern des Beckens, allerdings sind diese meist mit geringen Permeabilitäten verbunden. Eine Entkopplung der Lithiumproduktion von der geothermischen Energiegewinnung könnte daher notwendig werden und neue Erschließungskonzepte, wie chemische oder hydraulische Stimulationen, erfordern.« Es gäbe aber auch eng umrissene Gebiete mit günstigen hydraulischen Bedingungen, die eine Kombination von Geothermie und Lithiumproduktion ermöglichen könnten.
Der Untergrund ist keine Fabrikhalle
Geothermische Fluide sind chemisch aggressiv und setzen Anlagen durch Korrosion und Ausfällungen zu – auch muss die Abtrennung von CRMs selektiv, stabil und umweltverträglich funktionieren. Das Forschendenteam setzt hier an, um neue Methoden zur Extraktion sowie korrosionsbeständige Werkstoffe und Additive zur Stabilisierung zu entwickeln. Dazu seien Demonstrationsanlagen, standortspezifische Daten, integrierte Lebenszyklusanalysen und das Monitoring von Umweltwirkungen erforderlich bei gleichzeitiger Adressierung potenzieller Risiken, wie induzierter Seismik und Umweltbelastung.