Wir stellen eine Menge Lithium-Ionen-Batterien her. Wirklich eine Menge. So viele, dass die Wirtschaftlichkeit ihrer Lieferkette so effizient ist, dass selbst wenn morgen jemand eine bessere Batterie erfindet, sie immer noch Schwierigkeiten hätte, preislich zu konkurrieren. Aber was, wenn es eine Lithium-Knappheit gibt? Das ist das Einzige, was die Sache ins Wanken bringen könnte. Lithium ist überall, aber Lithium, das man sich tatsächlich leisten kann abzubauen, findet sich hauptsächlich in südamerikanischen Salzlaken. Es aus Gestein zu gewinnen, ist teuer und energieintensiv – bis jetzt.

In einem heute in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel hat ein Team vom MIT und ein paar Unternehmen aus der Bostoner Gegend eine neue Methode entwickelt, um Lithium aus Gestein zu extrahieren, die weit weniger Energie verbraucht, ihre Ausgangschemikalien regeneriert und sogar verkaufbare Nebenprodukte hervorbringt. Denn warum nur Lithium gewinnen, wenn man auch Aluminiumoxid und Siliziumdioxid bekommen kann? Es ist wie ein chemisches All-you-can-eat-Buffet.

Die derzeitige Methode zur Gewinnung von Lithium aus Spodumen – einem Lithium-Aluminium-Silikat und dem häufigsten Lithiumerz – beinhaltet das Rösten des Gesteins bei etwa 1.000 °C und anschließendes Übergießen mit Schwefelsäure. Dabei bleibt viel Abfall übrig und es wird viel Energie verbraucht. Der neue Prozess verwendet Ammoniumfluorid (NH4F), gelöst in Wasser, erhitzt auf gemütliche 70 °C. Dabei entstehen Ionen, die Fluor an das Lithium abgeben und so Lithiumfluorid bilden, während Silizium und Aluminium separate Verbindungen eingehen, die zu nützlichen Materialien verarbeitet werden können.

Der Aluminiumweg beinhaltet das Erhitzen auf 300 °C und dann auf 700 °C, um Aluminiumoxid (zur Herstellung von Aluminiummetall) zu produzieren und Fluorwasserstoff und Ammoniak freizusetzen, die dann wieder zum ursprünglichen Ammoniumfluorid rekombiniert werden. Ein netter chemischer Recycling-Trick, auch wenn wir anmerken sollten, dass Fluorwasserstoff extrem gefährlich ist. Der Siliziumweg ist einfacher: Füge mehr Ammoniak hinzu, um Siliziumdioxid zu erhalten, das Beton verstärken kann. Das Lithiumfluorid kann entweder direkt zur Herstellung von Batterieelektrolyt verwendet oder für andere Zwecke in Lithiumoxid umgewandelt werden.

Die Forscher haben die Zahlen durchgerechnet: Die alte Röstmethode kostet knapp unter 9.000 Dollar pro Tonne Lithium. Ihr neuer Prozess? Etwa 5.000 Dollar pro Tonne – vergleichbar mit der billigen Solegewinnung. Und wenn man die Aluminium- und Silizium-Nebenprodukte verkauft, sinkt der Preis um über 1.000 Dollar. Natürlich schwanken die realen Preise, und der Wechsel des Verfahrens erfordert neue Anlagen. Aber hey, in einer Welt, die nicht aufhören kann, Batterien zu bauen, ist es schön, Optionen zu haben. Außerdem macht es immer Spaß, Chemikern dabei zuzusehen, wie sie jahrhundertealte industrielle Prozesse neu überdenken.