Forscher gewinnen Lithiumcarbonat aus Altbatterien

Experten gehen davon aus, dass der Bedarf an Lithium in den kommenden Jahren stark steigen wird. Insbesondere im Bereich Elektromobilität dürfte das Metall aufgrund seiner Funktion als Energiespeicher stark gefragt sein. Jahr für Jahr steigt der Marktanteil um 8 bis 11 Prozent. Bis 2025 sollen bereits 70 Prozent des gehandelten Lithiums aus dem Bereich Elektromobilität nachgefragt werden.

Gute Gründe also, die bislang bestehende Importabhängigkeit zu verringern. Lithiumlagerstätten seien in Deutschland nicht oft zu finden, sagt Professor Martin Bertau von der TU Bergakademie Freiberg. Die größten Lithiumvorkommen befinden sich im Erzgebirge rund um Zinnwald und dem benachbarten böhmischen Cínovec.

In Zukunft könnte diese Vorkommen jedoch an Bedeutung verlieren, denn Bertau hat ein Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus Altbatterien entwickelt. Das Verfahren ist eine Weiterentwicklung des bereits von den Forschern der TU Bergakademie Freiberg entwickelten Verfahrens „Hybride Lithiumgewinnung“. Bertau und seinem Team ist es dabei gelungen, aus dem silikatischen Lithiumerz Zinnwaldit ein Lithiumcarbonat zu gewinnen. Zinnwaldit gehört zu dem Glimmern und enthält unter anderem Aluminium, Eisen, Fluor und Lithium.

Kobalt wird ausgeschmolzen

Das zerkleinerte Material des Zinnwaldit wird nach Angaben der TU Freiberg zunächst auf ca. 1.000°C erhitzt. Dabei kommt es zu einer Phasenumwandlung, wobei aus dem Zinnwaldit neue Mineralphasen gebildet werden. Hauptkomponente ist das lithiumreiche Silikat β-Spodumen.

„Mit dem von uns entwickelten Verfahren kann unter Zugabe von CO₂ und Wasser als Laugungsmedium das im Spodumen enthaltene Lithium zu Lithiumhydrogencarbonat überführt werden. Die gering konzentrierte Lithiumhydrogencarbonat-Lösung lässt sich mit Hilfe der Elektrodialyse anreichern. Wird das dabei erhaltene Konzentrat erhitzt, entweicht das CO₂ und es entsteht Lithiumcarbonat, welches sich einfach abtrennen lässt“, erläutert Bertau. „Das CO₂ wird zudem im Kreislauf geführt und nicht in die Atmosphäre abgegeben“, ergänzt Gunther Martin, Doktorand am Institut für Technische Chemie, der das Verfahren maßgeblich mitentwickelt hat.

Die Forscher konnten nun auch zeigen, dass dieses Verfahren auch für Altbatterien einsetzbar ist. Der entladene Akkumulator wird dazu zunächst zerkleinert. Anschließend werden die darin enthaltenen Metalle und Kunststoffe von den nichtmagnetischen Schicht- und Elektrolytmaterialien, der so genannten „Schwarzmasse“, abgetrennt. In dieser Fraktion befindet sich neben Kobalt unter anderem noch Kohlenstoff und Lithium. Gegenwärtig kann aus der Schwarzmasse lediglich das Kobalt zurückgewonnen werden, das Lithium geht verloren.

Die Freiberger Forscher nutzen nun den beim Zinnwaldit bewährten Verfahrensansatz und geben CO₂ und Wasser als Laugungsmedium hinzu, bevor die Wertkomponente Kobalt ausgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird das in der Masse enthaltene Lithium selektiv abgetrennt und in Lithiumcarbonat umgewandelt. Es steht nun für die Herstellung neuer Lithiumakkumulatoren zur Verfügung.

Rückgewinnung zu vergleichbaren Preisen

Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Tonne Lithiumcarbonat zu vergleichbaren Preisen zu gewinnen, wie sie derzeit auf dem Weltmarkt üblich sind, betont die TU Freiberg. „Angesichts der steigenden Weltmarkpreise ist die Verfahrensentwicklung ein wichtiger Schritt, um die bislang bestehende Importabhängigkeit durch Nutzung primärer und sekundärer Ressourcen zu verringern“, so Bertau.

Derzeit liegt der Weltmarktpreis für die wichtigste Verbindung Lithiumcarbonat bei ca. 7.300 US-Dollar je Tonne. Seit November 2015 ist der Preis um 20 Prozent gestiegen. Bis 2020, so die Einschätzung von Experten, könnte der Preis auf rund 25.000 US-Dollar je Tonne steigen.