geschrieben von sn am 2. April 2011
-Von Stefan Nitschke- Der deutsche Solartechnologiekonzern SolarWorld erhält Aufsuchungsrechte für Lithiumrohstoffe im Osterzgebirge. Nach Angaben des Konzerns wurde dem Vorstandsvorsitzenden des Unternehmens, Dr.-Ing. E. h. Frank Asbeck, die Genehmigungsurkunde durch den sächsischen Wirtschaftsminister Sven Morlok in Altenberg-Zinnwald offiziell überreicht (Vorschaubild; Quelle: SolarWorld AG). In Zusammenarbeit mit der TU Bergakademie Freiberg (TU BAF) will der Konzern die Lithium-Vorkommen in diesem Bereich ausführlich erkunden. Im Bereich der historischen Greisenlagerstätte Zinnwald, in unmittelbarer Nähe der Grenze zur Tschechischen Republik gelegen, vermutet das Unternehmen die größte Lithium-Lagerstätte Mitteleuropas, in der Lithium mit einem Marktwert von bis zu 4 Mrd. Euro enthalten ist. Die bergmännische Nutzung der Lagerstätte könnte möglicherweise im Jahr 2014 beginnen, deutete Dr.-Ing. Asbeck, an, sofern die Erkundung erfolgreich verläuft.
Lithium wird für moderne Batterien zur Speicherung von Solarstrom benötigt. Besonders in diesem Bereich erwartet die SolarWorld AG in den kommenden Jahren eine steigende Nachfrage nach Lithium. Wie die in Chemnitz erscheinende "Freie Presse" berichtete, hatte der Konzern beim Sächsischen Oberbergamt in Freiberg gemeinsam mit der TU Bergakademie Freiberg am 24. November 2010 einen Antrag auf Erkundung der Lagerstätte Zinnwald gestellt. Die TU Bergakademie Freiberg untersucht bereits seit vielen Jahren weltweit Rohstofflagerstätten dieser Art. In diesem Zusammenhang ist von erheblicher Bedeutung, dass sich die TU Bergakademie Freiberg als Ressourcen-Universität mit den Reichweiten seltener Bodenschätze befasst und neue Technologien für Lithium-Ionen-Batterien erforscht.
Der Konzern SolarWorld AG gilt als ein weltweit führender Markenanbieter hochwertiger kristalliner Solarstromtechnologie. Vom Rohstoff Silizium, über Wafer, Zelle und Modul bis zur schlüsselfertigen Solarstromanlage jeder Größe vereint der Konzern alle Wertschöpfungsstufen.
Neben dem von der SolarWorld AG und der TU Bergakademie Freiberg eingereichten Antrag auf Aufsuchungsgenehmigung im Bereich der Lagerstätte Zinnwald liegt ein zweiter Antrag der Industrie für den Bereich der in unmittelbarer Nachbarschaft gelegenen historischen Zinnerz-Greisenlagerstätte Sadisdorf vor, die durch zunächst fünf Erkundungsbohrungen bis in eine Teufe von 400 Metern durch den kanadischen Bergbaukonzern Tinco Exploration auf Zinnerz erkundet werden soll. Die prognostischen Restvorräte dieser von 1505 bis 1954 bergmännische genutzten Lagerstätte betragen 28 kt Zinnmetall-Inhalt und 4 kt Wolframmetall-Inhalt. Für diese Lagerstätte existiert eine moderne Aufbereitungstechnologie mit Feinstkornflotation, die bis zum Jahr 1991 am Standort Altenberg praktiziert wurde. Die Zulassung des Betriebsplans für diesen Bereich wurde bis Ende März erwartet, so dass die Bohrungen noch dieses Jahr durchgeführt werden können. Das zugelassene Erkundungsfeld für Tinco Exploration und das von SolarWorld beantragte grenzen aneinander, überschneiden sich aber nicht. „Die Erkundungsprojekte können damit eigenständig realisiert werden“, informierte das Sächsische Oberbergamt. „Mit der Genehmigung zur Lithiumerkundung im Osterzgebirge ist der erste Schritt getan, den Rohstoff für die Solarspeicher von morgen zu sichern“, erklärte Dr.-Ing. Asbeck. „Wir erweitern gewissermaßen die solare Wertschöpfung in Deutschland, denn in Lithiumbatterien speichern Endverbraucher zukünftig ihren hausgemachten, solaren Eigenstrom. Damit machen sie sich unabhängiger von den steigenden Preisen der Energieversorger."
Die jetzt untersuchte Lagerstätte Zinnwald gilt mit bis zu 50 kt Lithium als eine der größten Lagerstätten dieser Art weltweit. Durch deren bergmännische Nutzung könnte nach Aussagen von Rohstoffexperten ein Großteil des Lithiumbedarfs in Deutschland künftig aus heimischen Ressourcen abgedeckt werden. Lithium kommt hier in einigen als "Lithiumglimmer" bezeichneten Mineralgruppen vor. Die wichtigsten Minerale sind dabei Zinnwaldit K(Al,Fe,Li)3(Si,Al)4O10(OH)F und Lepidolith K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2. Deren Anreicherung erfolgte in pegmatitischen Gängen oder durch Umwandlung älterer Minerale in Verbindung mit der Zuführung Li-reicher Fluide in stock- und lagerförmig ausgebildeten Greisen.
Zur Lagerstättencharakteristik der Greisenlagerstätte Zinnwald vermerkt der im Auftrag des Sächsischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Arbeit im Jahr 2006 beauftragte "Steckbriefkatalog" zur Neubewertung von Spat- und Erzvorkommen im Freistaat Sachsen, dass sich der Granitstock von Zinnwald, der von einem Ryolith begrenzt wird, zu zwei Dritteln auf tschechischem Territorium befindet. Im Bereich der Greisenlagerstätte erfasste die Metasomatose den gesamten Albitgranitkörper, wobei in Wechsellagerung lithiumführende Greisenzonen und Feldspatkörper entstanden. Charakteristisch sind flach einfallende Greisenzonen, so genannte "Flöze", mit lokal bedeutenden Gehalten an Wolframit und Scheelit, aber auch kompakte lithiumreiche Greisenkörper mit über 25 Metern Mächtigkeit. Der Lagerstättenkomplex hat insgesamt eine Ausdehnung von 1.200 Metern x 500 Metern. Im Bereich der Greisenlagerstätte Zinnwald erfolgten zwischen 1940 und 1989 mehrere Erkundungsetappen auf Zinn- und Lithiumerze. Der "Steckbriefkatalog" aus dem Jahr 2006 geht für den deutschen Anteil der Lagerstätte von Vorräten von etwa 4,24 kt Lithium bei einer Haltigkeit des Roherzes von 2,9 kt/t Lithium im Roherz aus.
Steigende Nachfrage nach Lithium auch bei den Erneuerbaren Energien
Aufgrund der erwarteten starken Nachfrage nach Lithium besonders zur Herstellung von Speichermedien prüfen derzeit einige Unternehmen die bergännische Nutzung von lithiumhaltigen Mineralien und Salzlaugen in verschiedenen Regionen der Welt. Lithiumsalze, insbesondere Lithiumchlorid, werden derzeit vor allem in Chile (Salar de Atacama mit 0,16 Prozent Li2O, Argentinien (Salar de Hombre Muerto), den USA (Silver Peak, Nevada) und in China (Zhabuye Lake, Tibet; Taijinaier Lake, Qinghai) gewonnen. Es gibt weitere lithiumhaltige Salzseen, die derzeit noch nicht wirtschaftlich genutzt werden wie solche in Argentinien, Afghanistan, Bolivien und China. Der in Biolivien gelegene Salar de Uyuni verfügt über die größten zurzeit bekannten Ressourcen in einer einzigen Lagerstätte von etwa 5400 kt Lithium.
Infolge des Reaktorunfalls in Japan und der dadurch verursachten Atomenergiedebatte in Deutschland gewinnt die Gewinnung von Energie aus Photovoltaikanlagen weiter an Bedeutung. Das Vorstandsmitglied der eegon - Eifel Energiegenossenschaft, Klaus Haderer, unterstreicht die jetzt umso deutlicher ansteigende Bedeutung der Energiegewinnung aus Photovoltaikanlagen. Es müssten neuartige Konzepte der Energiegewinnung in Betracht gezogen werden. Klaus Haderer glaubt zu erkennen, dass die Grenzen der Machbarkeit herkömmlicher Energiesysteme jetzt offensichtlich erreicht sind und die Energieversorgung schnellstmöglich auf dezentrale und nachhaltige Systeme umgestellt werden muss. Hierzu bedarf es Neuentwicklungen besonders im Bereich der Speichertechnik. Die eegon - Eifel Energiegenossenaschaft wurde mit Unterstützung von kommunalen Vertretern aus der Gemeinde Blankenheim (Nordrhein-Westfalen), der Verbandsgemeinde Hillesheim (Rheinland-Pfalz) und dem Landkreis Vulkaneifel (Rheinland-Pfalz) am 21. September 2009 in Wiesbaum (Eifel) von 20 Gründungsmitgliedern gegründet. Die Genossenschaft will zunächst Photovoltaikanlagen auf Dächern der Region betreiben.
Ein Teil des heute weltweit produzierten Lithiummetalls wird für die Gewinnung von Lithiumverbindungen verwendet, die nicht direkt aus Lithiumcarbonat hergestellt werden können. Dies sind in erster Linie organische Lithiumverbindungen wie Butyllithium, Lithium-Wasserstoffverbindungen wie Lithiumhydrid (LiH) oder Lithiumaluminiumhydrid sowie Lithiumamid. Lithium wird wegen seiner Fähigkeit, direkt mit Stickstoff zu reagieren, zu dessen Entfernung aus Gasen verwendet. Metallisches Lithium ist ein sehr starkes Reduktionsmittel. Es reduziert viele Stoffe, die mit anderen Reduktionsmitteln nicht reagieren. Es wird bei der partiellen Hydrierung von Aromaten (Birch-Reduktion) eingesetzt. In der Metallurgie wird es zur Entschwefelung, Desoxidation und Entkohlung von Metallschmelzen eingesetzt. Da Lithium ein sehr niedriges Normalpotenzial besitzt, kann es in Batterien als Anode verwendet werden. Diese Lithium-Batterien haben eine hohe Energiedichte und können eine besonders hohe Spannung erzeugen. Nicht zu verwechseln sind die nicht wiederaufladbaren Lithium-Batterien mit den wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithiummetalloxide wie Lithiumcobaltoxid als Kathode und Graphit oder andere Lithiumionen einlagernde Verbindungen als Anode geschaltet sind. Zudem kann Lithium mit einigen Metallen legiert werden, um deren Eigenschaften zu verbessern. Ein Beispiel für eine Lithiumlegierung ist Bahnmetall, eine Bleilegierung mit 0,04 Prozent Lithium, die als Lagermaterial in Eisenbahnen verwendet wird. Auch bei Magnesium- und Aluminiumlegierungen werden die mechanischen Eigenschaften durch Zusatz von Lithium verbessert. Gleichzeitig sind Lithiumlegierungen sehr leicht und werden deshalb zunehmend in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt. Bis kurz nach dem Zweiten Weltkrieg gab es bis auf die Anwendung als Schmiermittel (Mineralöl, angedickt mit Lithiumstearat) und in der Glasindustrie (Lithiumcarbonat oder Lithiumoxid) kaum Anwendungen für Lithium. Dies änderte sich, als in den USA Tritium, das sich aus Lithium gewinnen lässt, für den Bau von Wasserstoffbomben benötigt wurde. Durch die wegen der kurzen Tritium-Halbwertszeit benötigten großen Lithium-Mengen entstand zwischen 1953 und 1963 ein großer Vorrat von Lithium, der erst nach dem Ende des Kalten Krieges ab 1993 auf den Markt gebracht wurde.
Verbundprojekt zur Nutzung von heimischen Lithiumressourcen
Im Rahmen eines Verbundprojektes mit G.E.O.S, UTF Gmbh, UVR-FIA, Fluorchemie Dohna GmbH, Nickelhütte Aue und MRU Freiberg untersuchen Wissenschaftler an der TU Bergakademie Freiberg neue Wege, um heimische Lithiumlagerstätten wirtschaftlich nutzen zu können (siehe PDF "Hybride Lithiumgewinnung"). Die Lagerstätte Zinnwald galt bis zum Jahr 1945 als das größte Lithiumbergwerk in Europa, obwohl das Hauptinteresse seinerzeit an den Zinnvorkommen lag, die gemeinsam mit den Lithiumvererzungen auftreten. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde der Abbau von Lithium eingestellt. „Wir möchten das Probematerial aus dem Erzgebirge auf seinen Lithium-Gehalt untersuchen und innovative Verfahren entwickeln, um das Element wirtschaftlich aus dem Erz zu gewinnen“, sagte Jens Gutzmer, Professor für Lagerstättenkunde an der TU Bergakademie Freiberg. Gegenwärtig wird Lithium zu mehr als 75 Prozent aus den Restlösungen ausgetrockneter Salzseen im Hochgebirge Südamerikas, den so genannten Salaren, gewonnen. Der Rest stammt aus Erzlagerstätten unter anderem in Australien und Kanada. Die Vorkommen in Sachsen gehören nach Aussage von Prof. Gutzmer, was die Menge an enthaltenem Lithium betrifft, weltweit zu den Top 10-Lagerstätten. So befinden sich im Lagerstättenkomplex Zinnwald nach älteren Schätzungen etwa 50 kt Lithium. „Wir gehen davon aus, dass der Gehalt sogar noch höher liegt.“ Um diesen exakt zu ermitteln, analysieren die Mineralogen an der TU Bergakademie Freiberg in einem ersten Schritt die umfangreichen Gesteinsproben. Dazu muss das Material zerkleinert und für die Analysen vorbereitet werden. Die TU Bergakademie Freiberg verfügt als Ressourcen-Universität über die einmalige Infrastruktur, um alle erforderlichen Arbeiten, von der Erkundung über die Aufbereitung bis zur Gewinnung des Lithiums, - zu untersuchen. Ziel der wissenschaftlichen Arbeiten ist es, eine kostengünstige und umweltschonende Technologie zur Herstellung von hochreinem Lithiumkarbonat aus den Erzen der Lagerstätte zu entwickeln. An der Umsetzung arbeiten Mineralogen, Chemiker, Verfahrenstechniker und Metallurgen in einer „Lithium-Initiative“ eng zusammen. Mit den steigenden Lithiumpreisen werden solche Technologien auch weltweit interessant. „Das Verfahren könnte an ähnlichen Lagerstätten zum Einsatz kommen, etwa in Russland oder England“, betonte Prof. Gutzmer.
Lithiumreiche Greisenerze wie sie für das Erzgebirge typisch sind, wurden bisher nicht für die Lithium-Produktion genutzt. Im Rahmen der "Lithium-Initiative" der TU Bergakademie Freiberg wurden im November 2009 und im April 2010 drei Großproben in Form von lithiumreichen Greisenerzen in Zinnwald entnommen. Seitdem werden sie mit modernsten aufbereitungstechnischen, mineralogischen und geochemischen Verfahren auf ihre Verwendbarkeit als Lithium-Rohstoff und auf ihre Entstehung untersucht. Bei erfolgreichem Ausgang der Untersuchungsarbeiten könnte die Gewinnung des Elements Lithium im Erzgebirge aus dem neuen Rohstofftyp „Lithium-Greisen“ die Bedeutung des ehemaligen Silberbergbaus erlangen.
Neue Perspektiven für Lithium-Akkumulatoren
Forschung für die Elektromobilität und erneuerbare Energien sind für einen schonenden Umgang mit Energieressourcen und die Entwicklung des Industriestandortes Deutschland existenziell. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat sich dieser Themen auf breiter Front angenommen. Die Entwicklung leistungsfähiger Energiespeicher ist dafür von zentraler Bedeutung. Am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) arbeitet man bereits seit mehr als zehn Jahren gemeinsam mit der Industrie erfolgreich an der Entwicklung von neuen leistungsfähigen Lithium-Akkumulatoren. Diese Aktivitäten werden jetzt erheblich ausgeweitet.
Für die produktionsnahe Entwicklung von Lithium-Akkumulatoren hat das Fraunhofer ISIT ein neues Beschichtungszentrum zur Pilotfertigung von Elektrodenfolien aufgebaut. Lithium-Akkumulatoren gelten zurzeit unter allen Energiespeichersystemen als dasjenige mit dem größten Zukunftspotenzial. Mit den installierten Anlagen können Wissenschaftler am Fraunhofer ISIT Folien von einer Breite bis zu einem halben Meter mit unterschiedlichsten Elektrodenmaterialien in einem weiten Bereich von Schichtdicken extrem präzise, schnell und gleichmäßig beschichten. Diese Folien sind die Ausgangsmaterialien für Lithium-Akkumulatoren. So können sie nun für neue Materialien und Materialsysteme die Fertigungsprozesse unter produktionsnahen Bedingungen verbessern. Damit wird es dem Fraunhofer ISIT zukünftig noch besser möglich sein, Forschungsergebnisse in die Fertigungsumgebung bei Partnerunternehmen zu überführen. Finanziert wurde das neue Beschichtungszentrum zu 70 Prozent mit Mitteln der Konjunkturpakete der Bundesregierung und zu 30 Prozent mit Mitteln aus dem Fraunhofer ISIT. Die Gesamtinvestitionen betragen 1,5 Mio. Euro.
Vor diesem Hintergrund hat sich das junge Unternehmen Dispatch Energy Innovations GmbH entschlossen, seinen Geschäftssitz von Heidelberg nach Itzehoe in die direkte Nachbarschaft des Fraunhofer ISIT zu verlagern. An dem Standort in Schleswig-Holstein bündelt das Unternehmen künftig seine primären Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten sowie eine Kleinserienfertigung. Die Dispatch Energy Innovations GmbH fokussiert sich auf die Forschung, Entwicklung und Produktion sowie den Vertrieb von elektrochemischen Stromspeichersystemen auf Basis der Lithium-Ionen Polymer-Technologie. Um den Bedürfnissen des Wachstumsmarktes der erneuerbaren Energien gerecht zu werden, hat Dispatch Energy ein Batteriekomplettsystem entwickelt, das die Zwischenspeicherung und Eigennutzung von dezentral erzeugtem Solarstrom ermöglicht und das zu deutlich wirtschaftlicheren Konditionen im Vergleich mit heute verfügbaren Speichertechnologien.
Im Rahmen der feierlichen Eröffnungszeremonie wurde das erste Batteriespeichersystem der Black Diamond Serie vorgestellt. Diese Speichersysteme werden in einer ersten Expansionsphase für Home-Solar-Anwendungen auf den Markt gebracht. Mit einer Kapazität von 5 Kilowattstunden reicht es aus, den Strombedarf eines 4-Personenhaushaltes abzudecken. Aufgrund der sehr hohen Zyklenfestigkeit und kalendarischen Lebensdauer der Zelltechnologie ist es möglich, das Batteriesystem über die heute üblichen Nutzungszeiten einer Photovoltaikanlage effizient zu nutzen. Das System ist tiefentladungs- und überladungssicher und bietet einen Wirkungsgrad auf das Gesamtbatteriesystem von über 95 Prozent. Das Unternehmen will ab Mitte 2011 Systeme für die Zwischenspeicherung von regenerativ erzeugtem Strom in Serie fertigen. Der Produktionsprozess, der modernen industriellen Standards entspricht, ermöglicht eine Zellfertigung unter Trockenraumbedingungen und ist nach oben skalierbar. Ziel ist es, jährlich über 1.000 Photovoltaik-Haushalte mit Batteriesystemen auszustatten. Der Produktionsbeginn ist für den Sommer 2011 vorgesehen. Eine Großserienfertigung mit einer Gesamtkapazität von 250 Megawattstunden befindet sich in Planung.
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