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Mit Strom, Katalysatoren und einer Keramik-Membran lässt sich aus Meerwasser gleichzeitig Lithium, Wasserstoff und Chlor gewinnen - zu wirtschaftlichen Kosten.

Die Ozeane enthalten insgesamt ungefähr 5000 Mal so viel Lithium wie die Kontinente – leider aber nur in der sehr geringen Konzentration von 0,2 ppm (Parts per Million). Zudem enthält Meerwasser Natrium-, Magnesium-, Calcium- und Kalium-Kationen in weit höherer Konzentration. Forscher der saudi-arabischen King Abdullah University of Science & Technology (KAUST) haben nun nach eigenen Angaben ein ein Verfahren entwickelt [1], Lithium trotzdem auf wirtschaftliche Weise aus Meerwasser zu extrahieren.

Wasser aus dem roten Meer

Das System besteht aus einer elektrochemischen Zelle mit einer Keramik-Membran aus Lithium-Lanthan-Titanoxid (LiLaTiO₄). Deren Kristallstruktur enthält Löcher, die gerade groß genug sind, Lithium-Ionen durchzulassen, während sie größere Ionen blockiert. Durch diese Membran strömen die positiven Lithium-Ionen in eine Kammer mit Phosphorsäure und einer mit Platin und Ruthenium beschichteten Kupferelektrode.

Die negativen Ionen aus dem Meerwasser gelangen unterdessen über eine herkömmliche Membran in eine weitere Kammer mit Natriumchlorid-Lösung, in der sich ebenfalls eine Platin-Ruthenium-Elektrode befindet.

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Die Forscher haben das System mit Wasser aus dem Roten Meer getestet. Eine Spannung 3,25 Volt transportierte die Lithium-Ionen durch die Membran. In vier weiteren Prozesszyklen ließ sich das Lithium auf 9000 ppm konzentrieren.

Kostenkompensation durch Wasserstoff

Wird der pH-Wert in der Sammelkammer erhöht, fällt dort festes Lithium-Phosphat in einer ausreichenden Reinheit für die Batterieproduktion aus. „Die Kombination von Anreicherung mit konventionellem Ausfällen macht den Prozess unempfindlich gegenüber Störungen von anderen löslichen Ionen“, schreiben die Forscher in ihrem Paper [3].

Die Stromkosten betragen nach ihren Angaben dabei rund fünf Dollar pro Kilogramm Lithium. „Obwohl noch eine rigorose wirtschaftliche Analyse nötig ist, um weitere Kapital- und Betriebskosten einzubeziehen, darf man davon ausgehen, dass die Energie der größte Kostenblock des Prozesses ist“, so die Forscher.

Als Nebenprodukt entsteht Wasserstoff an der Kathode und Chlorgas an der Anode. Deren Wert könne die Stromkosten mehr als kompensieren, so die KAUST. Die Membran selber ließe sich mit Hilfe der Glas-Industrie in großem Maßstab zu überschaubaren Kosten herstellen lassen, hoffen die Forscher. (grh [4])

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https://www.heise.de/-6115415

Links in diesem Artikel:
[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/kauo-ech060321.php
[2] https://www.heise.de/
[3] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/EE/D1EE00354B
[4] mailto:grh@technology-review.de

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