Es besteht kein Zweifel, dass wir in den kommenden Jahren viel Lithium brauchen werden. Der wachsende Markt für Elektroautos sowie neue Energiespeicher für Privathaushalte und große Batterieparks und das derzeitige Fehlen einer Technologie, die besser als Lithium-Ionen-Batterien ist, geben die Zukunft der Energiespeicherung nur wenigen Orten in die Hände Welt, in der das Alkalimetall extrahiert wird.
Anfang dieses Jahrzehnts prognostizierten Forscher der University of Michigan einen Anstieg der Lithiumnachfrage bis zum Jahr 2100. Es ist eine Menge - wahrscheinlich zwischen 12 und 20 Millionen Tonnen -, aber die gleichen Wissenschaftler wie auch andere am USGS und andere Unternehmen haben geschätzt, dass die weltweiten Einlagen diese Zahlen bei weitem überschreiten. Das Problem ist also nicht die Anwesenheit von Lithium auf der Erde, sondern die Fähigkeit, es zu erreichen. Das meiste, was wir derzeit verwenden, stammt aus nur wenigen Quellen, vor allem aus Chile und Australien, die 75 Prozent des weltweit verwendeten Lithiums produzieren, sowie aus Argentinien und China. Dies geht aus USGS-Untersuchungen aus dem Jahr 2016 hervor.
Um dieses Problem zu lösen, machten sich die Geologen von Stanford auf die Suche nach neuen Quellen des Metalls. Sie wussten, dass es aus vulkanischem Gestein stammt, und gingen zu den größten Vulkanen, die sie finden konnten: Supervulkanen, die nicht als Berg mit einem Loch in der Oberfläche erscheinen, sondern als große, breite, kesselförmige Caldera, in der es zu einem großen Ausbruch kommt ist vor Millionen von Jahren passiert. Dort sahen sie hohe Konzentrationen von Lithium in einer Art vulkanischem Ton namens Hectorit. Geologen wussten bereits allgemein, dass Lithium aus vulkanischen Gesteinen stammt, aber das Team von Stanford konnte es an unerwarteten Orten und in unerwarteten Mengen messen, wodurch sich ein breiteres Spektrum potenzieller Standorte eröffnete.
"Es hat sich herausgestellt, dass Sie im Magma keine besonders hohen Lithiumkonzentrationen benötigen", berichtet Gail Mahood, Geologieprofessorin und Autorin der Studie in Nature Communications, über die Entdeckung. „Viele der Vulkane, die im Westen der USA ausbrachen, hätten genug Lithium, um eine wirtschaftliche Lagerstätte zu produzieren, solange der Ausbruch groß genug ist… und solange [es] eine Situation schafft, in der Sie das ausgelaugte Lithium konzentrieren können von den Felsen. "
Lithium wird aus diesen weißen Gesteinen gewonnen, bei denen es sich um Caldera-Seesedimente handelt. (Tom Benson) Gegenwärtig stammt der größte Teil des von uns verwendeten Lithiums aus Lithium-Sole - salzigem Grundwasser, das mit Lithium beladen ist. Vulkangesteine geben ihr Lithium ab, während Regenwasser oder heißes hydrothermales Wasser es aus ihnen auslaugt. Es geht bergab zu großen, geologischen Becken, in denen sich die Erdkruste tatsächlich ausdehnt und absackt. Wenn dies in besonders trockenen Regionen geschieht, verdunstet das Wasser schneller als es sich ansammeln kann, und Sie erhalten immer dichtere Konzentrationen von Lithium. Dies ist der Grund, warum die besten Lithiumvorkommen bisher in Orten wie Clayton Valley, Nevada und Chiles Atacama-Wüste vorlagen. Es verfestigt sich in einer flüssigen Sole unter der trockenen Wüstenoberfläche, die aus dem Boden gepumpt, in Verdunstungsbecken weiter kondensiert und in chemischen Anlagen aus der Sole gewonnen wird.
LeeAnn Munk, Geologin an der University of Alaska, hat jahrelang daran gearbeitet, ein „geologisches Rezept“ für die Bedingungen zu entwickeln, unter denen sich Lithiumsole bildet. Ihr Team hat dieses Erzlagerstättenmodell als erstes beschrieben - die vulkanische Wirkung. die tektonische Struktur, das trockene Klima usw. Ihre Arbeit, die sie oft mit der USGS verbindet, hat sich auf Sole konzentriert.
Aber Sole ist nur einer der Wege, wie Lithium gefunden wird. Es ist bekannt, dass das Metall in festem Gestein namens Pegmatit und in Hectorit vorkommt. Hectorit ist kein Ton, wie Sie ihn für die Herstellung eines Topfes verwenden würden, sondern eine ausgetrocknete, geschichtete, weiße aschige Substanz, die sich durch hydrothermale Einwirkung nach dem Ausbruch des Vulkans gebildet hat. Der Ton absorbiert und bindet Lithium, das aus dem Vulkangestein ausgelaugt ist. Weil diese Vulkane alt sind - der bemerkenswerteste ist vielleicht das 16 Millionen Jahre alte McDermitt-Vulkanfeld in Kings Valley, Nevada -, hat sich das Land verschoben, und der Lehm wird oft nicht in einem Becken gefunden, sondern ausgesetzt hohe Wüstengebirge.
"[Mahood und ihr Team] haben herausgefunden, wie Lithium in diesen vulkanischen Gesteinen mit hohem Siliziumgehalt enthalten ist", sagt Munk. „Es hilft uns, besser zu verstehen, wo Lithium auf der Erde vorkommt. Wenn wir das nicht vollständig verstehen, fällt es uns schwer zu sagen, wie viel Lithium wir haben und wie viel Lithium wir tatsächlich extrahieren können. Sie haben dazu beigetragen, besser zu verstehen, wo Lithium in der Kruste vorhanden ist. “
Weitere von Mahoods Gruppe identifizierte Standorte sind Sonora, Mexiko, die Yellowstone-Caldera und Pantelleria, eine Insel im Mittelmeer. Jede zeigte unterschiedliche Lithiumkonzentrationen, die die Forscher mit der Konzentration der leichter nachweisbaren Elemente Rubidium und Zirkonium korrelieren konnten, was bedeutet, dass diese in Zukunft als Indikatoren für die Suche nach weiterem Lithium verwendet werden können.
Aber es geht um mehr als nur um die Suche nach lithiumreichen Supervulkanorten. "Das Problem ist momentan, dass es wirklich keine Technologie gibt, die groß genug ist, um das Lithium aus den Tonen abzubauen, was wirtschaftlich ist", sagt Munk. "Es könnte etwas sein, das in der Zukunft passiert."
Mahood erkennt dies an. "Soweit ich weiß, haben die Leute kein kommerzielles Verfahren zur Entfernung von Lithium aus Hectorit entwickelt", sagt sie. „Die Ironie dabei ist, dass der Hectorit gerade abgebaut wird, aber eigentlich nicht für das Lithium. Wofür sie es abbauen, ist der Hectorit als Ton, und Hectorit-Tone haben insofern ungewöhnliche Eigenschaften, als sie gegen sehr hohe Temperaturen stabil sind. Die Lagerstätte in King's Valley wird derzeit abgebaut, um spezielle Bohrschlämme herzustellen, die in der Erdgas- und Erdölindustrie verwendet werden. “
Aber die Extraktion von Lithium aus Salzlake ist auch teuer, insbesondere in Bezug auf die Menge an Frischwasser, die an Orten benötigt wird, an denen Wasser knapp ist. Es gibt wahrscheinlich viel Lithium, sagt Mahood, aber Sie wollen nicht, dass alles aus einer Hand kommt. "Sie möchten, dass es von unterschiedlichen Orten in Bezug auf Länder und Unternehmen kommt", sagt sie, "so dass Sie niemals als Geisel der Preispraktiken eines Landes betrachtet werden."
