Zeldzaam lithium zit gewoon in water van volgelopen mijngangen

Lithium is een belangrijke grondstof voor de producties van batterijen en accu’s. Daarmee is de stof ook onontbeerlijk bij de energietransitie. Zonder krachtige accu’s en batterijen kunnen we de overgang naar algemene e-mobiliteit wel vergeten. De winning van lithium is echter controversieel vanwege de grote milieuschade. Prof. Volker Presser van de INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken heeft ontdekt dat de waardevolle grondstof ook op heel goed bereikbare plaatsen te vinden is: namelijk in het water dat in voormalige mijngangen staat.

Tot dusver vertegenwoordigden lithiumafzettingen in Europa slechts 1 tot 2 procent van de wereldwijde productie, wat betekent dat het dure metaal moet worden geïmporteerd. Volgens cijfers van de USGS (United States Geological Survey) is Australië met 51.000 ton veruit de belangrijkste lithiumleverancier. Het wordt gevolgd door Chili met 16.000 ton, China met 8.000 ton en Argentinië met 6.200 ton. Dat zou kunnen veranderen door het onderzoeksproject van Presser MERLIN (MERLIN: mining water lithium extraction).

Mijngangwater bron van dure mineralen

In de voormalige steenkoolmijngebieden van de Ruhr en de Saar in Duitsland stroomt regenwater en oppervlaktewater door honderden meters rotslaag in oude mijntunnels, die zo langzaam vollopen. Op weg naar beneden verrijkt het zich met mineralen zoals natrium, kalium of calcium. Dat zijn veel voorkomende stoffen. Maar het water verrijkt zich ook met elementen als strontium, barium of lithium, die zeer aantrekkelijk zijn voor de industrie.

“Ons doel is dat we mijnwater gaan gebruiken als bron voor waardevolle mineralen door middel van innovatieve technologie”, legt Volker Presser het doel van zijn project uit. In Duitsland gaat jaarlijks naar schatting 1900 ton waardevol lithium verloren, omdat nu mijnwater op rivieren als de Blies en de Saar wordt geloosd.

Nieuwe grondstofvoorraden

Om van elektromobiliteit een succes te maken, moeten nieuwe middelen worden aangeboord en moeten innovatieve technologieën voor de productie van lithium worden ontwikkeld. De basis van het MERLIN-project is de “ion-selectieve elektrochemie”. Presser doet hier al jaren onderzoek naar en gebruikt het met succes voor bijvoorbeeld waterontzilting.

In het MERLIN-proces wordt het mijnwater eerst door een speciale structuur geleid: de MERLIN-cel, die twee elektroden met verschillende polariteit bevat. Lithium- en chloorionen worden elk tot één elektrode aangetrokken, terwijl alle andere opgeloste stoffen de cel met het mijnwater verlaten. Zoet water stroomt dan in de cel, die lithium en chloor in de vorm van lithiumchloride verzamelt.

Elke keer dat dit proces wordt herhaald, neemt de concentratie van lithiumchloride in het water toe. Nadat het restwater is verdampt, blijft het lithium uiteindelijk als vaste stof achter. Aangezien de ingevoerde elektrische lading bijna volledig wordt teruggewonnen tijdens de ontlading, is het MERLIN-proces een energie-efficiënt proces, benadrukt Presser.

Verschillende projectstappen

Het MERLIN-project is in november 2020 van start gegaan en heeft een looptijd van twee jaar. In deze periode bestaat het uit verschillende projectstappen. Zo wordt bijvoorbeeld mijnwater geanalyseerd, in het bijzonder het water van de voormalige Saarlandse mijnen in Reden en Camphausen. Daarnaast wil het team het elektrodemateriaal in de MERLIN-cel optimaliseren, een demonstratiemodel ontwikkelen en een economische analyse opstellen.

Prof. Presser werkt samen met INM’s eigen Innovation Center. “Het project is een ideale schakel tussen toponderzoek bij INM en de technologieoverdracht van het INM Innovation Center”, benadrukt dr. Karsten Moh, hoofd van het INM Innovation Center. “We zullen het actief ondersteunen met personeel en infrastructuur. Daartoe zullen we met name de opschaling van de technologie onderzoeken”.

MERLIN wordt ondersteund met 300.000 euro aan middelen onder meer van de Stichting RAG. Deze stichting stimuleert projecten die bijdragen aan de transitie van de voormalige mijnbouwregio.

“Het waterbeheer in de mijnen is een centraal onderdeel van de langetermijntaken van de post-mijnbouw, waarvan de financiering het doel is van de Stichting RAG”, zegt Bärbel Bergerhoff-Wodopia, lid van het bestuur van de “Onderzoek naar de mogelijkheden die het mijnwater met zich meebrengt, heeft ons overtuigd. Daarom steunen we dit project graag”.