Nachhaltige Gewinnung kritischer Rohstoffe aus Wasser

Lithium, seltene Erden und weitere kritische Rohstoffe sind unverzichtbar für Batterien, Brennstoffzellen und zahlreiche Zukunftstechnologien. Forschende am MIBE arbeiten in zwei Verbundprojekten an neuen Methoden, um diese Elemente umweltschonend aus Wasser zu gewinnen.

Der Bedarf an Lithium, seltenen Erden und verschiedenen (Halb-)Metallen steigt stetig, da diese Rohstoffe zentral für das Gelingen der Energie- und Mobilitätswende sind. Doch diese Materialien müssen weiterhin größtenteils importiert werden. Um langfristig unabhängiger zu werden, braucht es für deren Gewinnung heimische Quellen und nachhaltige Verfahren.

Dabei enthalten sowohl Meerwasser als auch tiefe Thermalwässer, die bereits geothermisch genutzt werden, Lithium in gelöster Form und bilden damit große, bislang aber kaum genutzte Reservoirs. Gelingt es, Lithium sowie weitere kritische Rohstoffe aus diesen Quellen effizient und selektiv zu isolieren, könnte dies einen wichtigen Beitrag zur Rohstoffsicherheit leisten. 

Magnetsysteme als Schlüsseltechnologie

Im Rahmen von zwei Verbundprojekten arbeiten Forschende am MIBE derzeit daran, effiziente und umweltschonende Verfahren zur Lithiumgewinnung zu entwickeln. Dabei setzen sie auf magnetische Nanopartikel, die mit speziellen Liganden kombiniert werden und Lithiumionen gezielt binden können. Die Partikel lassen sich nach der Lithiumaufnahme mithilfe von Magnetfeldern aus dem Wasser gezielt separieren, anschließend regenerieren und erneut einsetzen. Dieses innovative, magnetische Trennverfahren benötigt kaum chemische Zusatzstoffe und ermöglicht es, auch große Wassermengen energieeffizient zu verarbeiten.

In den Projekten LiThermie und LiMare entwickeln Forschende am MIBE skalierbare Systeme zur selektiven Lithiumgewinnung aus Thermal- und Meerwasser. Die weiteren an den Projekten beteiligten Kooperationspartner sind der Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie und das Institut für Wasserchemie der TUM, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, die Arbeitsgruppe Geomikrobiologie/Marine Biogeochemie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sowie die beiden Unternehmen Hydroisotop GmbH und Solexperts GmbH.

Der Fokus der Forschungsarbeit am MIBE liegt dabei sowohl auf der Simulation des Verhaltens der magnetischen Partikel im Magnet- und Fluidfeld als auch auf der Entwicklung und schrittweisen Optimierung einer Reaktoranlage zu Demonstrationszwecken. 

Beitrag zu einer nachhaltigen Rohstoffversorgung

Mit den beiden Verbundprojekten erschließen die Forschenden am MIBE neue Ansätze, um heimische Wasserressourcen als alternative Lithiumquellen nutzbar zu machen. Der Einsatz der mit speziellen Liganden funktionalisierten magnetischen Partikel und präzise gesteuerter Magnet- und Fluidfelder eröffnet das Potenzial, kritische Rohstoffe künftig energieeffizient, nachhaltig und mit deutlich geringerem Chemikalieneinsatz als in konventionellen Verfahren zu gewinnen.

Durch die Kombination aus fortschrittlicher Simulationstechnik, KI‑gestützter Prozesssteuerung und experimenteller Validierung entstehen Technologien, die langfristig zu einer nachhaltigeren Rohstoffgewinnung beitragen können – und damit wichtige Impulse für eine sichere und umweltfreundliche Energie‑ und Mobilitätswende setzen.