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Im Rahmen der Recherche werden sowohl die Marktsituation von Lithium als auch die aktuellen technologischen Entwicklungen wie beispielsweise die Entwicklungen beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien oder Entwicklungen technischer Alternativen in einer Post-Lithium-Phase untersucht. Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf Ressourcen/Reserven, Produktionsmengen und den spezifischen Produktionskosten und damit der Umsetzbarkeit (Cut-off-Wert). Daten zur die lokalen Umweltauswirkungen der Lithiumproduktion und Ressourcennutzung (Wasserverbrauch, Energieverbrauch, etc.) werden ebenfalls erhoben und analysiert. Die ermittelten Kerndaten werden ein wesentlicher Bestandteil der Life Cycle Assessment sein.

Basierend auf der Lithiumproduktionsrate des in Bruchsal geförderten Thermalwassers wurden erste Konzepte für die geplanten Durchflusskammern der Lithiumextraktioneinheit entwickelt. Die konzeptionelle Entwicklung des Prototyps umfasst geometrische Strömungsparameter und stützt sich auf die Ergebnisse der ersten erfolgreichen Labortests. Da es sich in Bruchsal bei dem geförderten Fluid um ein 2-Phasen-Gemisch handelt, liegt CO2 sowohl gelöst als auch gasförmig vor. Aus diesem Grund muss der Druck in den Lithium-Extraktionskammern kontrolliert und potenziell freigesetztes CO2 wieder in Lösung gebracht werden. Weitere Labortests sind geplant, um die Lithiumgewinnung in den Extraktionskammern zu optimieren und das Design des Prototyps zu modifizieren und anzupassen.

Um die Fluidverweilzeiten im Reservoir unter den produktionsrelevanten Strömungsregimen quantifizieren zu können, wird in der 2. Jahreshälfte am Standort Bruchsal ein Markierungsversuch durchgeführt. Die Tracerzugabe ist mittels Dirac-Impuls (also der „schlagartigen“ Zugabe des Tracerfarbstoffs) geplant und beruht auf den künstlichen Tracer-Signalen eines im Jahr 2010 durchgeführten Markierungsversuchs, die auf ein Durchflussvolumen von 1 bis 8 Millionen m3 hinweisen. Das Vor-Ort-Monitoring und die Fluid-Probenahme werden im Rahmen von UnLimited von BESTEC und HYDROSION zusammen mit dem EnBW-Team sichergestellt.

Basierend auf Literaturstudien und Laborexperimenten untersucht das Team vom KIT ein potenziell geeignetes Mn-Oxid-Adsorbens für die direkte Lithiumextraktion aus geothermischen Tiefenwasser. Das Adsorbens zeigt eine schnelle Reaktionskinetik bei den erhöhten Temperaturen der geothermischen Sole (60°C nach Abkühlung), eine hohe Adsorptionskapazität und nur eine geringe Anreicherung konkurrierender Ionen. Die starke Adsorptionsstabilität weist auf eine hohe Wiederverwendbarkeit für mehrere Extraktionszyklen hin. In künftigen Schritten werden weitere Laborexperimente durchgeführt, um (1) die ersten Ergebnisse zu verifizieren; und (2) verschiedene Arten der Sorptionsanwendung in Extraktionskammern zu untersuchen.

Eine Animation über den Prozess der Lithiumextrakation aus dem in Bruchsal geförderten geothermischen Tiefenwasser wurde von der EnBW erstellt. Das Video zeigt eine originalgetreue Reproduktion der Standortbedingungen in Bruchsal und zeigt in vereinfachter Form die Gewinnung von Lithium mittels Adsorptions- und Desorptionsprozessen basierend auf dem Einsatz lithiumselektiver Adsorbentien. Die deutsche Version der Prozessanimation finden Sie hier.

Am 5. März referierte Dr. Thomas Kölbel von der EnBW Energie Baden-Württemberg AG über die Geothermieanlage Bruchsal, die zunächst als Forschungsanlage konzipiert war, mittlerweile jedoch im wirtschaftlichen Betrieb läuft.

Heute findet die erste Probenahme an der Geothermieanlage in Bruchsal im Rahmen des Projektes UnLimited statt. Dafür werden von Hydrosion neben abgekühlten Proben, auch Gas- und Wasserproben unter Anlagendruck und -temperatur mit entsprechenden Hochdruckschläuchen und -armaturen genommen. So kann das Tiefenwasser ohne Entgasungs- und Oxidationseffekte zur Analyse ins Labor gebracht werden.

Weltweit steigt der Bedarf an Lithium: Vor allem für die E-Mobilität ist der Rohstoff heiß begehrt. Um den tendenziell weiter steigenden Bedarf decken zu können, wird seit einigen Jahren auch die Produktion von Lithium aus Anlagen der Tiefengeothermie diskutiert, vereinzelt sind bereits Pilotprojekte in der Umsetzung – unter anderem im Oberrheingraben. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert nun das Verbundprojekt UnLimited, bei dem die EnBW Energie Baden-Württemberg AG als Kooperationsführer gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und den Partnern BESTEC, HYDROSION und Universität Göttingen eine Pilotanlage im Geothermiekraftwerk in Bruchsal einrichten wird.