Mit Gewinnung kritischer Rohstoffe geothermische Solen valorisieren
Bestimmte Rohstoffe wurden aufgrund ihrer wirtschaftlichen Bedeutung und ihres Versorgungsrisikos als kritische Rohstoffe(öffnet in neuem Fenster) eingestuft. Einige dieser Materialien sind in geothermischen Fluiden enthalten, und Vorstudien haben gezeigt, dass selbst eine einzige Bohrung das Potenzial besitzt, beträchtliche Mengen bestimmter kritischer Rohstoffe für wichtige Industriezweige zu liefern. Die Erschließung dieser ungenutzten Ressource stellt eine Herausforderung dar. Vielversprechende Standorte müssen ermittelt und im Hinblick auf potenzielle kritische Rohstoffe charakterisiert werden; zudem müssen effektive Gewinnungstechnologien entwickelt werden. Das Team des EU-finanzierten Projekts CRM-geothermal(öffnet in neuem Fenster) arbeitet daran, diese Herausforderungen zu meistern.
Vielversprechende geothermische Solen aufspüren
Das Projektziel lautet, einen Überblick über kritische Rohstoffe in geothermischen Solen zu gewinnen. „Um herauszufinden, welche geothermischen Fluide für die Kuppelproduktion kritischer Rohstoffe von wirtschaftlichem Interesse sein könnten, kartierten wir ein breites Spektrum dieser Materialien in geothermischen Bohrungen in Europa und im ostafrikanischen Graben. Wir konnten erhebliche Mengen an Lithium, Strontium, Bor und Helium in geothermischen Fluiden feststellen“, berichtet Projektkoordinatorin Simona Regenspurg. Zu den Testgebieten gehören Cornwall (Vereinigtes Königreich), Norddeutschland, Island, Kenia und die Türkei. In Cornwall sind die geothermischen Solen mit Lithium und Helium angereichert. Die Fluide des Norddeutschen Beckens weisen hohe Konzentrationen an Lithium und Strontium auf. An den isländischen Standorten mit Temperaturen von bis zu 250 °C untersucht das Projektteam die Anreicherung von kritischen Rohstoffen in Ausfällungen, die sich bei der Abkühlung der Fluids während des Stromerzeugungsprozesses bilden. Die Testgebiete in der Türkei erzeugen große Mengen geothermischer Fluide und eignen sich daher für die Erprobung von Extraktionsverfahren. Zudem werden die alkalischen geothermischen Fluide Ostafrikas auf ihren Gehalt an Seltenerdmetallen(öffnet in neuem Fenster) untersucht.
Entwicklung von Extraktionstechnologien
Da jeder geothermische Standort in Bezug auf Wärme, Druck, Fluidchemie und die vorhandenen kritischen Rohstoffe einzigartig ist, variieren die geeigneten Extraktionsverfahren erheblich. Im Rahmen von CRM-geothermal wurden zahlreiche Ansätze erkundet, darunter selektiver Ionenaustausch, Ionensiebe, Adsorption durch Kronenether, Bioakkumulation und Gasmembranextraktion. Für die Lithiumgewinnung hat das Team von CRM-geothermal bereits existierende Verfahren an den Bedarf angepasst. Regenspurg erklärt dazu: „Wir verwenden zum Beispiel Ionensiebe, das sind Bauteile mit speziellen Kristallstrukturen, in die nur das kleine Li+-Ion hineinpasst. Somit wird Selektivität gewährleistet, sodass wir die Extraktion anderer gelöster Elemente vermeiden, was eine der größten Herausforderungen bei der Nutzung geothermischer Solen darstellt.“ Da dermaßen viele Faktoren zu berücksichtigen sind, gibt es keine Einheitslösung für die Extraktion kritischer Rohstoffe aus geothermischen Solen. Das Team von CRM-geothermal arbeitet an der Entwicklung einer Reihe von Technologien, die sich für unterschiedliche Bedingungen eignen.
Wirtschaftliche Bewertungen für die Gewinnung kritischer Rohstoffe
Im Rahmen des Projekts werden die Vorteile eines doppelten Extraktionsverfahrens erforscht. Die Gewinnung von Wärme stellt eine saubere Energiequelle dar, während kritische Rohstoffe als wichtige industrielle Materialien bereitgestellt werden. Mit der Materialflussanalyse werden Inputs und Outputs des Gewinnungsprozesses quantifiziert sowie Informationen für die Kosten-Nutzen-Analyse der Gewinnung geliefert. Auf kombinierte Weise Wärme und Mineralien zu gewinnen, birgt das Potenzial, die Kapitalrendite zu maximieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Im Rahmen des Projekts werden Leitlinien für die Anwendung der Rahmenklassifikation der Vereinten Nationen für Ressourcen(öffnet in neuem Fenster) (United Nations Framework Classification, UNFC) zur Bewertung der geologischen, technologischen, sozioökonomischen und ökologischen Tragfähigkeit von kombinierten Extraktionsprojekten entwickelt. Das Team von CRM-geothermal wird die Ergebnisse der europaweiten Kartierung kritischer Rohstoffe in geothermischen Systemen in einem Online-Fluid-Atlas für kritische Rohstoffe präsentieren, um ein klares Bild der verfügbaren Ressourcen an kritischen Rohstoffen zu vermitteln. Mit CRM-geothermal wird durch die Bereitstellung praktischer Anleitungen für zukünftige Projektentwicklungen über geeignete Extraktionstechnologien und die Anwendung der Rahmenklassifikation der Vereinten Nationen für Ressourcen der effektiven Einführung der Extraktion kritischer Rohstoffe aus geothermischen Solen der Weg bereitet.
