Lithium als Batterierohstoff: wirtschaftsökonomische und mineralogisch-geochemische Forschungen

Martin Schodlok et al.: Neue Spektralbibliothek Li-führender Minerale für die Exploration

Das Element Lithium (Li) ist von großer Bedeutung in der Energiewende und wird unter anderem für die Elektromobilität zur Herstellung leistungsstarker Batterien genutzt. Durch den hohen Bedarf an Li nimmt die Nachfrage nach neuen effizienten Methoden zur Exploration von Li-Vorkommen zu. Eine neue Methodik ist die hyperspektrale Fernerkundung oder auch abbildende Spektrometrie genannt. Damit eine effiziente Analyse dieser Fernerkundungsdaten hinsichtlich der Li-Exploration möglich ist, ist der Aufbau von Spektralbibliotheken Li-haltiger Referenzminerale notwendig. In diesem Zusammenhang wurden an der BGR 62 Proben lithiumhaltiger Minerale beschafft, um eine gut charakterisierte Spektralbibliothek zu erstellen. Dazu wurden die Proben umfangreich chemisch und mineralogisch sowohl durch RDA, RFA, MLA und Mikrosonde als auch EDXRF analysiert und reflexionsspektroskopisch eingemessen. Die Präsentation stellt diese neue Spektralbibliothek vor. Es werden Ausblicke auf die fernerkundliche Detektion von Lithium mit Drohne, flugzeug- und satellitengetragenen Systemen gegeben.

Spektralbibliothek Li-haltiger Referenzminerale Quelle: BGR

Marko Ranneberg u. Torsten Graupner: DM-Projekt Pyrolith - Mineralphasen- und Strukturanalytik Li-haltiger Schlacken zur Optimierung von Prozessrouten beim Li-Batterie-Recycling

Im BMBF-geförderten Projekt PyroLith des Kompetenzclusters „Recycling/Grüne Batterie“ beschäftigen sich Partner der TU Clausthal, der TU Braunschweig, der RWTH Aachen und der BGR mit der Rückgewinnung von Lithium aus LIB vom NMC-Typ über eine kombinierte pyro- und hydrometallurgische Prozessroute. Im BGR-Teilprojekt wurden zwei Kleinprobenserien eines vereinfachten Schlackensystems Al2O3-SiO2-CaO-Li2O-MnO chemisch und mineralogisch charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die kristallinen Schlackenbestandteile komplex zusammengesetzte Mischkristalle darstellen, die teilweise Defektstrukturen aufweisen. Neben zwei amorphen Phasen konnten sechs Li-haltige und zwei Li-freie kristalline Verbindungen identifiziert und quantitativ erfasst werden. Das Gefüge der Proben besteht aus einer silikatischen Matrix, in die idiomorphe, xenomorphe und/oder dendritische Kristalle variabler Größe eingebettet sind. Einige kristalline Schlackenphasen zeigen unter kurzwelliger UV-Strahlung charakteristische Lumineszenz-Farben, die für ein zu entwickelndes, wirtschaftlich praktikables Routineverfahren zur Charakterisierung Li- und Mn-haltiger Schlacken bedeutsam sein können.

Links: Lumineszierende Schlackenphasen nach Anregung mit kurzwelliger UV-Strahlung (254 nm). Rechts: Farbcodiertes Mineralverteilungsbild einer Schlackenprobe (REM-MLA: GXMAP) Quelle: BGR

Carolin Kresse et al.: DM-Projekt BatMix - Schätzung des zukünftigen Recycling-Potentials von Lithium für die LIB Produktion

Projektskizze Quelle: © HZDR / Max Frenzel

Das BMBF-geförderte Projekt BatMix ist Teil des BMBF-Kompetenzclusters „Recycling/Grüne Batterie“ und vernetzt das Helmholtz Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF), den United States Geological Survey (USGS) und die DERA, um gemeinsam eine quantitative Bewertung des zukünftigen Rohstoffmix für die Batterieproduktion zu realisieren. Das Recycling von LIBs ist eine herausfordernde Aufgabe, da es einen technisch komplexen Prozess darstellt. Außerdem setzt das rasante Verbrauchswachstum von LIBs in Verbraucherelektronik und Elektroautos dem Recycling enge Grenzen, da die Menge des rückführbaren Materials von der Produktion der vergangenen Jahre und der Lebensdauer der Produkte abhängt. Mittels Bilanzierung globaler Stoffströme soll erarbeitet werden, wie viel der Batterierohstoffe Li, Co, Ni, Mn und C bis 2050 aus sekundären Quellen gewonnen werden kann, und wie viel aus primären Rohstoffen durch Bergbau bereitgestellt werden muss. Insgesamt synthetisiert BatMix Informationen aus existierenden Datensätzen zu Batteriematerialien, voraussichtlichen Verbrauchsentwicklungen bei der Batterieproduktion und Explorations- und Technologietrends in der primären Rohstoffgewinnung. BatMix identifiziert die wahrscheinlichsten Entwicklungstrends und ermittelt statistische Unsicherheiten auf Grundlage von Monte-Carlo Simulationen.

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