Lithium

Durch die Omnipräsenz elektronischer Geräte in unserem Leben ist Lithium als Basis von Akkuspeichern zum täglichen Begleiter geworden. Mit der Energiewende kommen entsprechende Akkus in weiteren Bereichen zum Einsatz. Deswegen wollen wir nachfolgend erklären, was Lithium ist, wo es eingesetzt wird und wie die Gewinnung abläuft.

Was ist Lithium?

Der Name von Lithium, der sich vom griechischen λίθος líthos ableitet, was soviel wie Stein bedeutet, sagt einiges über die Herkunft des chemischen Elements aus. Lithium wurde schließlich in Gestein entdeckt. Das Leichtmetall aus der zweiten Periode des Periodensystems ist ein Alkalimetall, welches schon bei Raumtemperatur reagiert und beispielsweise bei Berührungen zu Verätzungen der betroffenen Haustellen führen kann. Als Teil von Energiespeichern ist das Alkalimetall heute fast überall zu finden.

Wo wird Lithium eingesetzt?

Der Haupteinsatzzweck von Lithium liegt in der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien bzw. Akkus. In jedem Smartphone, jedem Laptop und seit einiger Zeit (und in zunehmender Zahl) auch in Fahrzeugen. Außerdem hat sich Lithium als Medikament bei einigen psychischen Erkrankungen erwiesen, wo bereits kleine Dosen eine große Wirkung entfalten.

Lithium in der Medizin

In der Medizin kommen Lithiumsalze zum Einsatz, die sich in geringer Menge im menschlichen Körper finden lassen. Bei der Behandlung psychischer Erkrankungen kann die Anwendung von Lithium effektiv sein. Dies geht auf die Forschung des australischen Psychiaters John Cade zurück, der Ende der 40er-Jahre eine beruhigende Wirkung einer Lithium-Therapie nachwies. Bei nachfolgenden Studien wird die Wirksamkeit geringer Dosen von Lithiumsalzen nachgewiesen. Eine auch nur geringfügige Überdosis kann zu schweren Nebenwirkungen wie Übelkeit und Erbrechen führen. Während der Therapie ist deswegen eine durchgehende Überwachung des Lithiumspiegels im Blut nötig. Die genauen Wirkungsmechanismen sind derweil nicht ausreichend erforscht. Deswegen bestehen unterschiedliche Theorien.

Lithium in Akkus

Der weitaus wichtigere Einsatzzweck, die Verwendung in Akkus. Die Vorteile gegenüber älteren Technologien wie Nickel-Cadmium-Akkus liegen beispielsweise darin begründet, dass kein Memory-Effekt vorliegt. Daneben haben die inzwischen in den meisten Fällen verwendeten Lithium-Energiespeicher eine höhere Energiedichte und halten Energie unter Raumtemperatur besser als die älteren Technologien. Von den Akkus gibt es zwei unterschiedliche Varianten. Da wäre zum einen der normale Lithium-Ionen-Akku. Dieser setzt auf ein sogenanntes Wirtsgitter in einem Trägermaterial zum Speichern des Lithiums verwandt wird. Die zweite Form der Lithium-Akkus nennt sich Lithium-Polymer-Akku. Hier liegt das Lithium in Form einer festen bis gelartigen Polymerfolie vor und erlaubt dadurch eine flexiblere Formgestaltung der Energiespeicher.

Warum brennt ein Lithium-Akku?

Diese flexible Formgestaltung wird durch den Aufbau von Batteriespeichern ermöglicht, der allerdings Risiken mit sich bringt. Kommt es beispielsweise aufgrund einer Beschädigung des Akkus zu einer Freisetzung der gespeicherten Energie, kann es zum sogenannten „thermischen Durchgehen“ kommen, welches zu großer Erhitzung und dadurch zu Bränden und Explosionen führt. Deswegen sollten die Batterien und Akkus mit entsprechender Sorgfalt behandelt werden. Auch aufgrund der Tatsache, dass die Gewinnung von Lithium ein schwieriger und umweltschädlicher Prozess ist.

Wie wird Lithium gewonnen?

In den meisten Fällen erfolgt die Gewinnung von Lithium aus Salzwasser bzw. Salzseen durch die Verdunstung des Wassers. Dazu wird das Grundwasser abgepumpt und in Seen der Sonne ausgesetzt. Durch den natürlichen Verdunstungsprozess wird eine Lösung mit hoher Lithiumchlorid-Konzentration gewonnen. In einer Aufbereitungsanlage wird das Lithium aus dieser Lösung mit Natriumcarbonat gewonnen. Das Wasser landet nach Abschluss dieses Prozesses erneut in den entsprechenden Salzseen. Diese Art der Gewinnung von Lithium sorgt in den Abbaugebieten für Probleme mit der Wasserversorgung.

Podcast-Tipp: Lithium-Abbau in Deutschland

Lithium-Gewinnung und die Umwelt

In den Abbaugebieten in Südamerika zeigen sich die Auswirkungen der Lithium-Gewinnung. Der hohe Preis der Energiewende, die vielfach auf die Energiespeicherung in Lithium-Ionen-Akkus setzt ist das Austrocknen vieler Wasservorräte. Darunter leiden Landwirtschaft, Viehzucht und die dort lebenden Menschen. Neben dem Grundwasser verbrauchen die Konzerne auch das Wasser von Flüssen, wodurch die Versorgung, vor allem in kleineren Orten, nicht sichergestellt ist. Biologen sprechen außerdem von einer Veränderung des Ökosystems durch das Verdunsten des Wassers. Dadurch sinkt die Zahl der Mikroorganismen. Dadurch werden ganze Nahrungsketten gestört oder durchbrochen, was die Artenvielfalt dauerhaft einschränkt.

Lithium aus Meerwasser

Umgehen lassen sich die Umweltprobleme mit der Gewinnung von Lithium aus Meerwasser. Schließlich sind mehr als 230 Milliarden Tonnen des Leichtmetalls in den Weltmeeren gelöst. Bei der Entsalzung von Meerwasser kann Lithium beispielsweise als Nebenprodukt gewonnen werden. Mit aktuellen Verfahren ist die Gewinnung allerdings zu wenig effektiv, um die Salzsee-Methode abzulösen. Problematisch ist die Ähnlichkeit zwischen Lithium und Natrium, die beide im Meerwasser vorkommen. Deswegen lassen sich beide nur schwerlich trennen. Alternative Ansätze verwenden stattdessen das Natrium als Grundlage für eine neue Form von Energiespeichern.