NSERC-DFG SUSTAIN: Preußisch Weiß für nachhaltige Trenn- und Aufbereitungsverfahren

• Antragsteller: Dr. Fabian Jeschull
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533389065

Für die Speicherung von 1 TWh Energie in Li-Ionen-Batterien werden ~100.000 Tonnen Lithium benötigt. Der Abbau kann bis zu 50.000 Liter Wasser pro Tag verbrauchen, wobei mehr als die Hälfte der heutigen Li-Produktion in Gebieten mit ohnehin begrenzter Wasserverfügbarkeit stattfindet. Die Ressourcenbeschränkungen im Zusammenhang mit der Ausweitung der Batterieproduktion (2-6 TWh/Jahr im Jahr 2031) erfordern alternative Methoden zur Lithiumgewinnung. Gleichzeitig ist Süßwasserknappheit in vielen Regionen der Welt bereits weit verbreitet. In diesem interdisziplinären und internationalen Projektvorschlag "desa-LiNa-te" zwischen der Dalhousie University (Halifax) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist das übergeordnete Ziel die Entwicklung neuartiger, kostengünstiger und energieeffizienter Trenn- und Reinigungstechnologien für Li- oder Na-Ionen aus geothermalen Tiefenwässer oder Meerwasser mittels elektrochemischer Verfahren. Die derzeitigen Engpässe in Bezug auf Langlebigkeit, Selektivität und Skalierbarkeit der Materialien sollen durch den Aufbau einer Plattform rund um die Materialklasse Preußisch Weiß behoben werden, die auf Li-Extraktions- und Entsalzungsprozesse zugeschnitten sein wird. Die Grundlage unseres Materialentwicklungskonzepts sind theoretische Arbeiten, zum Verständnis der Selektivität der Kationeneinlagerung und zu den Ursachen für Degradationsprozesse in wässrigen Lösungen mit hohem Salzgehalt. Um weitere prozessbedingte Hindernisse zu identifizieren, wird die Materialdegradation mit Hilfe von bulk- und oberflächensensitiven Analytikmethoden untersucht und zur Entwicklung von Regenerationsverfahren genutzt, um längere Lebensdauern und höhere Energieeffizienzen zu erzielen. Die Extraktion von Alkalimetallen kann in verschiedenen Zellkonfigurationen durchgeführt werden, entweder mit einem "Tandem"- (DAL) oder einem "Dual-Ionen"-Ansatz (KIT). Im Rahmen von "desa-LiNa-te" werden beide Technologien von den Partnern gemeinsam weiterentwickelt, mit dem Ziel, neuartige Entsalzungszellen zu ermöglichen, die die Energieeffizienz der modernen Umkehrosmose-Entsalzung (~4 kWh/m3 Süßwasser) übertreffen, was einen Technologiesprung in der Süßwassergewinnung bedeuten würde. In ähnlicher Weise zielen die in diesem Programm entwickelten elektrochemischen Lithiumextraktionsverfahren auf eine Li-Extraktionsselektivität von >98 % und die Produktion von stark Li-angereicherten Salzlösungen, bei gleichzeitiger Reduzierung des Süßwasserverbrauchs und der Extraktionszeiten ab. Die Erforschung dieser Technologie für geothermische Tiefenwässer, Abwässer aus dem Batterierecycling oder Meerwasserentsalzung eröffnet neue Wege zur Versorgung der exponentiell wachsenden Batterieindustrie mit ethisch gewonnenem Lithium. Ein zusätzlicher Nutzen ergibt sich aus der Entwicklung neuartiger, vielseitiger Preußisch Weiße Einlagerungsmaterialien, die den strategischen Aufbau eigener Batterieproduktionskapazitäten in Kanada und Europa fördern werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Kooperationspartner: Dr. Michael Metzger; Dr. Penghao Xiao