vgbe energy journal 10 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

News fromScience & Research
als auch den Montageei-genschaften der
GDL erreicht werden, aber auch in der Fertigbarkeit
selbst.
GDL sind die Gasdiffusionsschichten, die
in Brennstoffzellen-Stacks zwischen Bipolarplat-te
und Elektrode angeordnet sind.
Sie sorgen für eine optimale Gasverteilung
sowie den Abtransport von Wasser, Wärme
und Strom.
Derzeit verwendete Brennstoffzellen haben
diverse Verbesserungspotenziale: neben
einer Minimierung des Bauraums sind
die Senkung der Herstellungskosten und
eine Verlängerung der Lebensdauer Hauptthemen.
Die hier adressierten GDL sind dabei
für alle drei Bereiche relevant.
Ziel des Projekts „SinterGDL“ ist die Entwicklung
einer neuartigen PEM-Stack-Einheit,
die gleichzeitig kostengünstig und
kompakt ist. Dabei liegt ein spezielles Augenmerk
auf der einfachen Höherskalierung
für die Großserienproduktion aller Komponenten.
Der Clou dabei ist das verwendete Material
für die GDL, das sogenannte Sinterpapier.
Durch Prozesse, die aus der Papiertechnik
stammen, werden organische Faserstoffe,
Füllstoffe und Additive zusammen mit Metallpulver
zu einem flächigen Produkt verarbei-tet,
das dem klassischen Papier sehr
ähnlich ist. In der anschließenden Wärmebehand-lung
werden die organischen Bestandteile
entfernt und es bleibt ein rein
metallisches, poröses Material.
Vorrangig liegen die Einsatzbereiche der
neuartigen GDL in mobilen Brennstoffzellenan-wendungen
in Pkw, Lkw, Bus oder
Bahn. Auch in der Schifffahrt ist eine Nutzung
per-spektivisch möglich. Des Weiteren
lassen sich die Ergebnisse auch auf
PEM-Elektrolyseurkonzepte anpassen und
auf stationäre Anwendungen übertragen.
Das Projekt SinterGDL wird im Rahmen
des Nationalen Innovationsprogramms
Wasser-stoff- und Brennstoffzellentechnologie
mit insgesamt 2,82 Millionen Euro durch
das Bun-desministerium für Digitales und
Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird
von der NOW GmbH koordiniert und durch
den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.
LL
s.fhg.de/98F (223321910)
Grenzen der Lithiumgewinnung
aus Geothermie
(kit) Wasser aus der Tiefe pumpen, Lithium
abtrennen und daraus Batterien für die
Elektromobilität produzieren – die Idee vom
umweltverträglichen und regionalen Lithium
als Nebenprodukt der Geothermie
scheint vielversprechend. Doch inwiefern
sich der heimische Abbau wirklich lohnt,
war bislang nicht ausreichend geklärt. Ein
Team des Karlsruher Instituts für Technologie
(KIT) hat jetzt den Forschungsstand zusammengefasst,
Rohstoffmärkte analysiert
und Technologien bewertet. Demnach
könnten in Deutschland theoretisch Tausende
Tonnen Lithium pro Jahr gefördert werden,
zentrale Fragen müssen aber noch geklärt
werden.
Wasser aus der Tiefe pumpen, Lithium abtrennen
und daraus Batterien für die Elektromobilität
produzieren – die Idee vom umweltverträglichen
und regionalen Lithium
als Nebenprodukt der Geothermie scheint
vielversprechend. Doch inwiefern sich der
heimische Abbau wirklich lohnt, war bislang
nicht ausreichend geklärt. Ein Team des Karlsruher
Instituts für Technologie (KIT) hat
jetzt den Forschungsstand zusammengefasst,
Rohstoffmärkte analysiert und Technologien
bewertet. Demnach könnten in
Deutschland theoretisch Tausende Tonnen
Lithium pro Jahr gefördert werden, zentrale
Fragen müssen aber noch geklärt werden.
Für die Energiewende benötigt Europa viele
Batterien und dazu genügend Lithium,
um sie zu produzieren. Die Europäische Union
(EU) stuft Lithium entsprechend als kritischen
Rohstoff ein – es droht ein Lithiumdefizit.
„Wir sind dabei vollständig auf Importe
angewiesen, weltweit stammen 80
Prozent des Lithiums aus Chile und Australien“,
sagt Valentin Goldberg vom Institut für
Angewandte Geowissenschaften (AGW) des
KIT. „Gleichzeitig nehmen wir erhebliche
Umweltkosten beim konventionellen Abbau
in diesen Ländern in Kauf, etwa negative
Auswirkungen auf das Grundwasser.“ Bei
der Lithiumgewinnung in Geothermiekraftwerken
dagegen soll bestehende Infrastruktur
in Europa genutzt werden, mit der bereits
große Mengen Thermalwasser mit
teilweise hohem Lithiumgehalt gefördert
wird. Nach der Energieproduktion soll das
Lithium dabei technologisch abgetrennt und
das Wasser, wie im Kraftwerkbetrieb üblich,
in den Untergrund zurückgeführt werden.
„Grundsätzlich sehen wir die Technologie
sehr positiv. Flächenverbrauch und Umweltkosten
wären gering, genauso die Transportkosten“,
so Goldberg. Um zu klären,
welchen Beitrag heimisches Lithium zukünftig
realistisch leisten kann, hat er nun
gemeinsam mit einem Team am AGW das
verfügbare Wissen zusammengetragen,
analysiert und für Deutschland erstmals das
mögliche Potenzial berechnet.
Regionale Lithiumgewinnung als
ökologische Ergänzung
Wie viel Lithium gewonnen werden kann,
ist dabei nicht nur von den Lithiumkonzentrationen
im Wasser abhängig, sondern auch
von der standortabhängigen Fließrate und
der Reservoirgröße. Für ihre Schätzung haben
die Forschenden potenzielle Standorte
in Deutschland betrachtet, die Rohstoffmärkte
analysiert und unterschiedliche
Technologien hinsichtlich ihrer Effizienz,
Anwendbarkeit und Integrationsfähigkeit
für die geothermische Energieproduktion
bewertet. „Auf dieser Basis halten wir bei
einer optimistischen Abschätzung eine jährliche
Produktion von ungefähr 2 600 bis 4
700 Tonnen Lithiumkarbonat-Äquivalent
für möglich, wenn alle relevanten Geothermiestandorte
mit entsprechenden Anlagen
ausgerüstet werden“, sagt Dr. Fabian Nitschke
vom AGW, der ebenfalls an den Studien
beteiligt war. „Damit könnten wir etwa 2 bis
13 Prozent des Jahresbedarfs der geplanten
Batteriefertigung in Deutschland decken.“
Durch den Zubau weiterer Geothermiekraftwerke
sei eine Steigerung der Fördermengen
denkbar, allerdings dauere es mindestens
fünf Jahre, bis ein neu geplantes Kraftwerk
in Betrieb geht. „Angesichts des globalen
prognostizierten Lithiumdefizits und der
geplanten Batteriefertigung wird sich die
Lage speziell für Deutschland rasch zuspitzen.
Das Lithium aus der Geothermie kann
mittelfristig also nur eine Ergänzung darstellen“,
so Nitschke.
Unterschiedliche Technologien im
direkten Vergleich
Noch sind die Prognosen von vielen Unsicherheiten
geprägt: Die Größe und die Herkunft
der Lithiumvorkommen in den Geothermalsystemen
sowie die Reaktion der
Reservoire auf eine kontinuierliche Förderung
werden zurzeit erforscht. Zudem befinden
sich die Technologien zur Extraktion
in einem frühen bis mittleren Entwicklungsstadium
– entscheidende Entwicklungsstufen
sowie Langzeittests stehen noch aus. „Im
direkten Vergleich zeigten sich allerdings
bereits spezifische Vor- und Nachteile, die
für eine wirtschaftliche Lithiumextraktion
besonders relevant sind“, sagt Dr. Tobias
Kluge vom AGW, ein weiterer Autor der Studien.
„So wirken sich der Bedarf an zusätzlichen
Rohstoffen, Schäden durch Ablagerungen
an Bohrlöchern, Extraktionseinheiten
und der Energieverbrauch direkt auf die
Wirtschaftlichkeit aus.“
Voraussetzung ist eine
breite Akzeptanz
Ob die Lithiumgewinnung mittels Geothermiekraftwerke
in Deutschland letztendlich
realisiert wird, hängt aber nicht nur von
der weiteren Technologieentwicklung sowie
geeigneten Standorten ab. Vielmehr seien
auch gesellschaftliche Unterstützung und
Akzeptanz notwendig, betont Valentin
Goldberg: „Unsere Veröffentlichungen im
Magazin Grundwasser richten sich deshalb
nicht nur an ein Fachpublikum. Vielmehr
wollen wir Entscheidungsträgern in Politik
26 | vgbe energy journal 10 · 2022