Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISCNeue Wege für nachhaltige Batterierohstoffe und Lithiumgewinnung
Lithium ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken – es steckt in Smartphones, E-Bikes, Werkzeugen und Elektroautos. Gleichzeitig steht seine Gewinnung in der Kritik, weil sie Umwelt und lokale Lebensgrundlagen belastet. Neue Technologien könnten einen entscheidenden Fortschritt bringen. Genau hier setzt das deutsch-chilenische Forschungsprojekt »PaNaBat« an. PaNaBat verfolgt das Ziel, eine langfristige deutsch-chilenische Netzwerkplattform zu etablieren, die Zusammenarbeit in der Forschung, Ausbildung, Technologietransfer und industrielle Kooperation in den Bereichen nachhaltige Batterierohstoffe, Lithiumgewinnung und Batterierecycling stärkt. Zudem trägt das Vorhaben zur Diversifizierung und Regionalisierung der Lieferketten bei und unterstützt so eine breitere internationale Aufstellung beim Export von Lithium und anderen kritischen Rohstoffen für die Batteriezellenproduktion.
Materialforschung und Prozessentwicklung spielen eine zentrale Rolle für die nachhaltige Nutzung von Lithium in der Batterieproduktion
Lithium zählt zu den wichtigsten Rohstoffen für die Batterieindustrie und die Elektromobilität. Mehr als 50 Prozent der weltweiten Lithiumvorkommen liegen in Lateinamerika, vor allem im sogenannten Lithium-Dreieck Chile, Bolivien und Argentinien. Die Gewinnung erfolgt derzeit überwiegend in der chilenischen Atacama-Wüste mithilfe großer Verdunstungsbecken. Dieses Verfahren kann zu erheblichen Wasserverluste führen und die Umwelt stark belasten – insbesondere in empfindlichen Ökosystemen und in Regionen, in denen Wasserressourcen auch für die lokale Bevölkerung und die Landwirtschaft von Bedeutung sind.
Vor diesem Hintergrund gewinnen neue, nachhaltigere und effizientere Technologien an Bedeutung. Innovative Ansätze wie die direkte Lithiumextraktion (DLE) und geschlossene Verdampfungsverfahren werden beispielsweise von der Universidad Católica del Norte in Chile sowie von verschiedenen Fraunhofer-Instituten in Europa erforscht. Um die mit der steigenden Förderung verbundenen ökologischen Herausforderungen zu adressieren, sind zudem prozessökologische Analysen notwendig, die an die jeweiligen lokalen Bedingungen angepasst sind.
Das internationale Kooperationsprojekt PaNaBat verfolgt das Ziel, eine enge deutsch-chilenische Zusammenarbeit im Bereich Forschung und Entwicklung für die ressourcen- und energieeffiziente Lithiumgewinnung zu etablieren. Damit soll eine Grundlage für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft im europäischen Batteriemarkt geschaffen werden. Beteiligt sind die chilenische Universidad Católica del Norte mit ihrem Lithium I+D+i Zentrum (I+D+i steht für Investigación + Desarrollo + innovación), Fraunhofer Chile sowie die deutschen Fraunhofer-Institute für Schicht- und Oberflächentechnik IST, für Solare Energiesysteme ISE und für Silicatforschung ISC. Das Fraunhofer ISC ist auch verantwortlich für die Projektkoordination.
Ein zentrales Element von PaNaBat ist der Aufbau einer Informations- und Vernetzungsplattform, die Kooperationspartner, Unternehmen und Forschungseinrichtungen miteinander verbindet. Bereits in der Aufbauphase werden erste Pilotprojekte gestartet, um die Plattform und ihre Organisationsstruktur zu erproben und weiterzuentwickeln. Später sollen weitere Projekte mit externen Partnern angestoßen werden, um den Austausch und die Zusammenarbeit zu stärken.
Auch wirtschaftlich ist das Projekt von großer Bedeutung
Die Sicherung nachhaltiger Lithiumquellen und die Entwicklung moderner Recyclingverfahren stärken die Rohstoffunabhängigkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Gleichzeitig profitieren chilenische Unternehmen und Forschungseinrichtungen von der Zusammenarbeit, indem sie Zugang zu neuen Technologien und internationalen Märkten erhalten.
Darüber hinaus befasst sich PaNaBat mit der Entwicklung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft für Batteriematerialien wie Lithium, Kobalt, Nickel und Aluminium. Dabei stehen fortschrittliche Recyclingverfahren mit geschlossenen Stoffkreisläufen und geringer CO2-Bilanz ebenso im Fokus wie die automatisierte Demontage von Batterien, neue Sortiertechnologien und effiziente Aufbereitungsverfahren. Ziel ist es, die enthaltenen Materialien nicht bis auf die elementare Ebene zurückzugewinnen, sondern möglichst funktionserhaltend aufzubereiten, um sie direkt erneut in der Batterieproduktion einzusetzen. Die strategische Partnerschaft mit Chile ist dabei von besonderer Bedeutung, insbesondere wenn Prozesschemikalien wie Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat über nachhaltigere neue Verfahren wie DLE hergestellt werden können. Ebenso wichtig sind der Transfer von Know-how sowie die Übertragung und Anpassung von Prozessschritten aus der Bergbau- und Veredelungsindustrie auf das Batterie-Recycling.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Bewertung der Umweltauswirkungen neuer Technologien
Die Integration von Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment, LCA) und Life-Cycle Engineering (LCE) in die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse im Rahmen des Konzepts des Integrated Computational Life Cycle Engineering (ICLCE) ermöglicht die Optimierung von Produktionsprozessen bereits in einer frühen Entwicklungsphase. Auf diese Weise lassen sich robuste und nachhaltige Lösungen schneller in die industrielle Anwendung überführen.
PaNaBat wird von einem Industriebeirat begleitet, dem deutsche und chilenische, vor allem mittelständische Unternehmen angehören. Im weiteren Projektverlauf wird der Beirat die Umsetzung aktiv mitgestalten. So entsteht ein Netzwerk aus Forschung und Industrie für die internationale Zusammenarbeit geschaffen, das konkrete Lösungen für eine nachhaltigere Batterieproduktion entwickelt – zum Vorteil von Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt in Europa und Chile.
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