Lithium

Allgemeines zu Lithium

Lithium ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Alkalimetalle und das leichteste aller festen Elemente. Das silbrig glänzende, sehr weiche Metall lässt sich mit einem Messer schneiden und läuft an der Luft rasch an. Aufgrund seiner geringen Dichte schwimmt es auf Wasser, mit dem es heftig unter Bildung von Wasserstoff und Lithiumhydroxid reagiert. Lithium besitzt ein hohes elektrochemisches Potenzial, was es besonders wertvoll für den Einsatz in Batterietechnologien macht. Es zählt zu den strategischen Rohstoffen, da es eine zentrale Rolle bei der Elektrifizierung des Verkehrs, der Energiespeicherung und der Digitalisierung spielt. Die Nachfrage nach Lithium
wird laut Internationaler Energieagentur (IEA) bis 2040 um den Faktor 42 steigen.

Vorkommen

Die größten bekannten Vorkommen befinden sich in Australien, Chile, Argentinien und China. Besonders das sogenannte „Lithium-Dreieck“ in Südamerika (Chile, Argentinien,
Bolivien) ist für seine riesigen Salzseen bekannt, aus denen Lithium gewonnen wird. Ein weiteres geologisch relevantes Vorkommen liegt in Hartgesteinen, insbesondere dem Mineral Spodumen, das z.B. in Australien abgebaut wird. Auch Deutschland besitzt Lithiumvorkommen, beispielsweise im Zinnwald (Erzgebirge) und im Oberrheingraben.

Gewinnung

Die Gewinnung von Lithium erfolgt hauptsächlich durch zwei Verfahren: das Abbauverfahren aus Hartgestein und die Extraktion aus Salzlaken. Überwiegend geschieht die Gewinnung aktuell aus Solelagerstätten, bei denen das lithiumhaltige Wasser in künstlich angelegte Becken gepumpt und durch Sonnenverdunstung über Monate hinweg konzentriert wird. Das Verfahren gilt als kostengünstig. Die Aufbereitung aus Hartgestein (z. B. Spodumen) ist energieintensiver, dafür aber besser kontrollierbar und logistisch weniger abhängig von Klima und Fläche. Beide Methoden stehen wegen ihres hohen Wasserverbrauchs und der Auswirkungen auf lokale Ökosysteme in der Kritik.

Anwendung von Lithium

Der weitaus größte Anteil des gewonnenen Lithiums fließt derzeit in die Batterieherstellung. Hierbei wird Lithium in Form von Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) oder Lithiumhydroxid (LiOH) verwendet. Darüber hinaus wird Lithium auch in der Glas- und Keramikindustrie, in der Metallurgie und in der Pharmaindustrie eingesetzt.

Ohne Trenntechnik geht es nicht

In beiden Verfahren sind Filtrations- und Separationstechnologien unverzichtbar, um eine hohe Produktreinheit zu erzielen. Bei der Verarbeitung von Spodumen folgen auf das Zerkleinern und Lösen des Minerals mehrere Schritte der Fest-Flüssig-Trennung, etwa durch Filterpressen, Zentrifugen und Vakuum-Scheibenfilter. Ein weiterer Ansatz ist die Direct Lithium Extraction (DLE), bei der Lithium direkt aus Sole isoliert wird. Hier kommen spezielle Filter, Membranen, Adsorberharze und Ionenaustauscher zum Einsatz.

Aktuelles zum Lithium-Recycling

Trotz steigender Nachfrage werden weltweit nur geringe Mengen an Lithium tatsächlich recycelt; der Forschungsbedarf ist hoch. Im Verbundprojekt „LiBinfinity“ (FKZ: 03XP0340C) steht z.B. die Entwicklung eines ganzheitlichen Recyclingkonzepts für Lithium-Ionen-Batterien im Fokus. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) prüft darin die Rezyklate auf ihre Eignung zum Herstellen neuer Batterien. Ein weiteres, am KIT entwickeltes Verfahren – Mechanochemie – macht sich mechanische Prozesse zunutze, um chemische Reaktionen auszulösen. Damit ließen sich laut Studie 70 % des Lithiums zurückgewinnen.

Toxizität

Die Toxizität von Lithium hängt stark von der chemischen Form und der Dosis ab. In metallischer Form ist es hochreaktiv, insbesondere mit Wasser und feuchter Luft, wodurch ätzende Hydroxide und entzündlicher Wasserstoff entstehen.