Lithium Abbau: E-Autohersteller in der Zwickmühle

Die Hersteller von Elektrofahrzeugen schreiben sich immer häufiger auf die Fahnen lokal emissionsfreie Mobilität anzubieten. Doch damit nicht genug. Die gesamte Produktionskette soll umweltfreundlich und vor allem nachhaltig werden. Die größte Baustelle stellt dabei die Lithium-Ionen-Batterieproduktion dar. Lithium ist einer der meistgefragten Rohstoffe der Erde. Ob im Handy- (1- 3 g), Laptop- (30 – 40 g) oder Elektroauto-Akku (8 – 40 kg) – der weltweite Bedarf wird sich bis zum Jahr 2025 mindestens verdoppeln. Und da kein anderes Element vergleichbare Lithium-Eigenschaften für automobile Batterieanwendungen bietet, gilt es aktuell als konkurrenzlos (auch, wenn Forscher an der Magnesium-Batterie, die ohne Lithium auskommt, forschen). Dessen Wertschöpfungskette umweltfreundlich zu gestalten, scheitert bereits auf der ersten Stufe, der Gewinnung.

Von den etwa 40 Millionen Tonnen Lithium auf unserem Planeten, sollen 64 Prozent allein in Salzseen im Lithiumdreieck in Argentinien, Bolivien und Chile lagern. Die nächstgrößeren Vorkommen befinden sich in Australien, China und Peru. Doch auch in Deutschland, genauer gesagt im sächsischen Zinnwald, lagern noch 500.000 Tonnen Lithiumcarbonat. "Die Batterie eines Elektroautos braucht etwa 50 Kilogramm dieses Materials. Das heißt, wir können mit diesen Vorkommen ungefähr zehn Millionen Fahrzeuge ausrüsten", verrät Armin Müller, Geschäftsführer der Deutsche Lithium GmbH.

Gewaltiger Wasserverbrauch

Die Abbautechniken unterscheiden sich in Salaren-Abbau und Erzbergbau. Letzterer gilt seit einigen Jahren als zukunftssichere Lösung hinsichtlich seiner Nachhaltigkeit und der kommerziellen Sicherheit. Denn der Lithium-Gewinn in Salzseen ist schwer kalkulierbar. Grund dafür ist das Evaporationsverfahren, das durch natürliche Verunreinigungen, Schnee und Regen beeinträchtigt wird. Der offensichtlichste Grund, der gegen die in Südamerika verwendete Salaren-Variante spricht, ist der gewaltige Wasserverbrauch und weitere Auswirkungen auf die Umwelt.

Das Salz kommt dort im mineral- und lithiumhaltigen Grundwasser (die Sole) in mehrere hundert Meter tiefen Hohlräumen eines porösen Untergrundgesteins vor und muss in Verdunstungsbecken an die Oberfläche gepumpt werden. Chemikalien zur Ausfällung störender Mineralien kommen hinzu. Da der Anteil von Lithium in den Solen mit weniger als einem Prozent sehr gering ist, verdunsten pro Tonne des gewonnenen Lithiums innerhalb des bis zu zwölf Monate andauernden Prozesses zwei Millionen Liter Grundwasser. Zur Einordnung: Zur Gewinnung des Lithiums für eine 64-kWh-Elektroauto-Batterie werden 3.840 Liter Wasser benötigt.

Gesundheit für Mensch und Tier in Gefahr

Später braucht es Lösungsmittel wie Kerosin und Salzsäure. Nicht alle eingesetzten Chemikalien landen auf Deponien, viele belasten als Schadstoffe die Natur. Der übermäßige Wasserverbrauch führt zwangsläufig zu einem Anstieg des Salzgehaltes der Landschaft. Gleichzeitig lässt die Entnahme der Sole den Grundwasserspiegel absinken. Beide Folgen sorgen wiederum für eine veränderte Mineral-Konzentration im Grundwasser.

Laut dem Bericht "Impacto socioambiental de la Extracción de Litoen las Cuencas de los Salares Altoandinos del Cono Sur" von 2018 hängt von der Balance des Wasserhaushaltes die Mikrofauna und somit in hohem Maße die Mikrofauna und das von ihr abhängige Ökosystem ab: "Diese Deponien gefährden die wenigen vorhandenen Süßwasserquellen. Zusätzlich verteilt sich der Staub der Abraumhalden in angrenzenden Gebieten und kann die Gesundheit von Menschen und Tieren schädigen und die Fruchtbarkeit der Felder mindern. Zudem besteht auch immer die Gefahr, dass Chemikalien den Kreislauf verlassen und die Umwelt verschmutzen ‒ wenn zum Beispiel die Produktion nicht sauber läuft oder es zu Unfällen kommt."

Wie die Tagesschau erst kürzlich berichtete, "hat Boliviens Regierung ein Joint Venture zur Lithiumgewinnung mit einem deutschen Unternehmen annulliert." Und weiter heißt es: "Das Gemeinschaftsprojekt war erst vor einem Jahr ins Leben gerufen worden. Das bolivianische Staatsunternehmen YLB und die baden-württembergische Firma wollten gemeinsam Lithium aus dem Salzsee Uyuni gewinnen, in dem die weltweit größten Vorkommen vermutet werden." Ein Grund, der zum Stopp der Regierung führte, sollen die Proteste der Bevölkerung gewesen sein, "die befürchtete, nicht ausreichend von dem Projekt zu profitieren." Von 2022 an sollten bis zu 40.000 Tonnen Lithiumhydroxid pro Jahr gefördert werden. Genug Rohstoffe, um Hunderttausende Elektro-Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien zu versorgen.

Teurer, aber umweltfreundlicher: Erzbergbau

Dass Automobilhersteller wie Volkswagen oder BMW ihre Lithium-Nachfrage in anderen Gebieten als Südamerika decken, wundert daher nicht. Zum einen bietet Australien eine sichere politische und somit auch geschäftliche Grundlage. Zum anderen wird in Australien Lithium im Erzbergbau abgebaut, sprich es wird aus Spodumerz gewonnen, "das direkt in das von Herstellern von Autobatterien bevorzugte Lithiumhydroxid verarbeitet werden kann", heißt es im Branchenbericht der GTAI. Aus diesem Grund soll es 10 bis 15 Prozent kostengünstiger sein, als das aus südamerikanischen Quellen – und dass, obwohl die Förderung selbst teurer ist.

Aus Umweltsicht ganz unproblematisch ist aber auch diese Abbauvariante nicht. Wie die Tageschau am 19. September 2019 zeigte, wehrt sich zum Beispiel eine ganze Region in Portugal gegen das "Weiße Gold". Eine Bürgerinitiative in Covas do Barroso, einem kleinen Dorf im Norden Portugals, befürchtet auf einer Fläche von 700 Hektar bis zu 600 Quadratmeter große Löcher, die 150 Meter tief in die Erde reichen. "Tatsächlich muss für ein Kilo Lithium etwa eine Tonne Granit zerkleinert und ausgewaschen werden. Das geht nur mit teils aggressiven Chemikalien. Für die ersten Erderkundungsarbeiten wurden schon Waldstücke gerodet, Straßen für Bagger angelegt und Erde ausgehoben. All das in einer Gegend, die erst vor einem Jahr zum Landwirtschaftlichen Welterbe erklärt wurde."

Tiefbergbau nur auf ersten Blick umweltschonend

Und auch der Tiefbergbau, wie er in Zinnwald durchgeführt wird, ist nicht ganz unproblematisch, wie das Bundesministerium für Bildung und Forschung erklärt: "So einfach und umweltschonend es auch sein mag, den Rohstoff ans Licht zu holen, so schwierig ist es, daraus Lithium zu gewinnen. Denn das Zinnwaldit-Erz enthält auch Aluminium, Eisen und Fluor. Aus diesem Materialmix Lithiumcarbonat zu gewinnen, das unter anderem für die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien genutzt wird, ist erst durch das Freiberger Verfahren möglich: Zunächst wird dabei das Erz zerkleinert und auf circa 1.000 Grad Celsius erhitzt. Auf diese Weise bilden sich aus dem Zinnwaldit neue, mineralische Komponenten, vor allem ein lithiumreiches Silikat mit dem Namen Spodumen."

"Unter Zugabe von Kohlendioxid und Wasser reagiert das im Spodumen enthaltene Lithium zu Lithiumhydrogencarbonat", weiß Martin Bertau, Chemiker an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg in Sachsen. "Die gering konzentrierte Lithiumhydrogencarbonat-Lösung lässt sich mit Hilfe der Elektrodialyse anreichern. Das dabei erhaltene Konzentrat wird erhitzt, das CO2 entweicht und es entsteht Lithiumcarbonat, welches sich einfach abtrennen lässt."