Lithium-Rückgewinnung: Forschende verwandeln Produktionswasser in wertvolle Ressourcen
Forschende am College of Engineering der Virginia Tech haben eine Methode zur direkten Lithium-Extraktion aus Produktionswasser entwickelt, um der hohen Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und grüner Energie gerecht zu werden.
Virginia Tech Forscher entwickeln neuartige Verfahren zur Ressourcenschonung.
Foto: PantherMedia / jroballo
Der Übergang zu grüner Energie erhöht die Nachfrage nach Metallen wie Lithium. Da Lithium nicht angebaut, sondern nur abgebaut oder recycelt werden kann, ist die umweltfreundliche Gewinnung entscheidend. Forschende der Virginia Tech haben eine Methode entwickelt, um die Umweltbelastung zu minimieren. Mit einem Zuschuss des Energieministeriums über 1,8 Millionen Dollar, einschließlich 1,5 Millionen Dollar an Bundesmitteln, werden sie diese Methode weiter verbessern.
Wencai Zhang, außerordentlicher Professor für Bergbau- und Mineraltechnik, leitet ein Projekt zur Gewinnung von Metallen wie Lithium und Seltenen Erden aus dem Produktionswasser des Marcellus-Schiefers im Appalachenbecken. Dieses Wasser, das bei der Erdgasförderung anfällt, kann Lithium sowie hohe Konzentrationen von Natriumchlorid, Kalzium und Magnesium enthalten. Forschende wollen die Salzgehalte senken und Verunreinigungen entfernen, um gleichzeitig Lithium für weitere Anwendungen zu extrahieren.
„Metalle wie Lithium sind entscheidend für die Herstellung von Elektrofahrzeugen und weltweit in nahezu allen Batterien enthalten“, erklärt Zhang. „Unser Ziel ist es, zur Versorgungskette dieser kritischen Materialien beizutragen und gleichzeitig die Umweltauswirkungen des Produktionswassers zu minimieren.“
Obwohl es bereits Studien zur Lithium-Rückgewinnung aus Produktionswasser gibt, wurde noch kein Prozess entwickelt, der Lithium in Batteriedünger-Qualität liefert.
Fünf Schritte zur Aufbereitung des Wassers
Hier kommen Zhang und sein Team ins Spiel. Sie haben einen neuen Ansatz entwickelt, um das Produktionswasser zu nutzen, wertvolle Mineralien zurückzugewinnen und Kohlenstoff zu binden. Ihr Projekt umfasst fünf Schritte zur Aufbereitung des Wassers und zur Gewinnung der Mineralien.
Phase eins: Behandlung des Produktionswassers
Zhang und sein Team beginnen damit, das Produktionswasser aus dem Marcellus-Schiefer zu reinigen, indem sie feste Partikel entfernen und gleichzeitig wertvolle Mineralien erhalten.
Phase zwei: Rückgewinnung von Seltenen Erden und kritischen Metallen
Zur Rückgewinnung seltener und kritischer Metalle haben Zhang und sein Team spezielle Technologien entwickelt. Ihre Methode, die gestaffelte Fällung, konzentriert diese Metalle aus dem Wasser, sodass sie effizient extrahiert und weiterverarbeitet werden können.
Phase drei: Direkte Lithium-Rückgewinnung
Die herkömmliche Lithium-Extraktion ist teuer und energieaufwendig. Zhangs Team verwendet ein neues Ionenaustauschsystem und einen optimierten Lösungsmittel-Extraktionsprozess, um Lithium kosteneffektiv und mit weniger Energieaufwand direkt aus dem Produktionswasser zu gewinnen.
Phase vier: Kohlenstoffmineralisierung
Um das Wasser zu reinigen, werden Zhang und sein Team Kohlenstoffmineralisierung nutzen. Sie fügen Kohlendioxid zu einer Lösung mit alkalischen Erdenmetallen hinzu, wodurch sich Carbonatverbindungen bilden, die dann aus dem Wasser entfernt werden.
Phase fünf: Phyto-mikrobielle Behandlung
In der letzten Phase reduzieren Zhang und sein Team die Salzgehalte und entfernen Verunreinigungen durch phyto-mikrobielle Behandlung. Hierbei werden spezielle Pflanzen und Mikroben eingesetzt, um das Wasser zu reinigen und alle Kontaminanten zu entfernen.
„Der Marcellus-Schiefer ist eine bedeutende geologische Formation, die für ihre reichen Vorkommen an Erdgas, insbesondere Schiefergas, bekannt ist“, sagte Zhang. „Er liegt hauptsächlich im Appalachenbecken im Osten der Vereinigten Staaten, das auch einen Teil von Virginia umfasst. Dieses Projekt bietet die Möglichkeit, zusätzliche Umweltvorteile für diese Region zu erschließen.“
In Zukunft könnte das behandelte Produktionswasser auch als Bewässerungswasser genutzt werden, um die Landwirtschaft in der Region zu unterstützen. Zhang erklärte, dass ihre Technologie nicht nur die Rückgewinnung wertvoller Mineralien wie Lithium erleichtere, sondern auch sicherstelle, dass das Wasser weiterhin für die Schiefergasproduktion geeignet bleibe. Zudem könne durch die Reduzierung der Wasserhärte sauberes Wasser bereitgestellt werden, das die Landwirtschaft in Gebieten mit begrenzter Wasserversorgung unterstütze.
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