Was?
Was ist Lithium?
Der Astronom Carl Sagan sagte einmal, dass wir „aus Sternenmaterial gemacht“ sind.
In jenem großen nuklearen Ofen, der uns geschmiedet hat, entstanden nach dem Urknall zuerst drei Schlüsselelemente: Spuren einer schweren Version von Wasserstoff, genannt Deuterium, eine leichtere Art von Helium und eine kleine Menge Lithium.
Nach wissenschaftlichen Erkenntnissen ist es heute auf der Oberfläche von jungen Sternen und Meteoriten im Sonnensystem reichlich vorhanden. Auf der Erde sind 85% der Lithiumreserven in Chile, Bolivien und Argentinien konzentriert.
Es ist ein hochreaktives metallisches, natriumähnliches, alkalisches chemisches Element, das in der Natur nicht in freiem Zustand vorkommt. Damit es für die pharmazeutische Industrie oder Elektromobilität zu gebrauchen ist, muss es in einem aufwendigen Prozess mit modernster Technik aufbereitet werden. Genau das macht SQM im chilenischen Salar de Atacama.
Obwohl sehr leicht, ist Lithium – mit dem Symbol Li und der Ordnungszahl 3 – ein hervorragender Wärme- und Stromleiter. Es kommt vor allem in natürlichen Solen, Pegmatiten, Ölquellen, geothermischen Feldern und Meerwasser vor.
Was?
Bedeutung von Lithium
Wenn Sie eine Brille tragen, über Keramikfliesen laufen oder einen Computer starten, dann nutzen Sie Produkte, für die Lithium verwendet wurde.
Lithium ist eines der Metalle mit der höchsten Energiedichte und deshalb im technologischen Bereich weit verbreitet.
Aufgrund seines elektrochemischen Potenzials ist es ideal für die Anode – der positive Pol einer Batterie. Es ist zudem sehr wichtig für pharmazeutische Produkte und industrielle Anwendungen.
Reserven
52% der weltweiten Lithiumvorkommen befinden sich in Chile, insbesondere im Salar de Atacama. SQM ist eines der führenden Unternehmen bei der nachhaltigen Gewinnung und Kommerzialisierung.
Bis 2025 werden weltweit etwa 800.000 Tonnen Lithiumkarbonatäquivalent (LCE) benötigt, was einem Umsatz von etwa sechs Milliarden US-Dollar entspricht.
LCE ist das Salz, das bereits den Reinigungsprozess durchlaufen hat, und stellt die am weitesten verbreitete Einheit zur Messung von Angebot und Nachfrage dar. Allein Chile verfügt über geschätzte Reserven von 7,5 Millionen Tonnen Lithium. Das entspricht etwa dem 9,3-fachen des geschätzten weltweiten Bedarfs.
In unserem Leben allgegenwärtig
Im Jahr 1817 entdeckte der schwedische Chemiker Johann A. Arfvedson die Existenz von Lithium. In den folgenden Jahren wurde es zur Behandlung von Krankheiten wie Gicht bis hin zu psychiatrischen Störungen eingesetzt. Noch heute ist es unverzichtbar bei der Behandlung von bipolaren Störungen, aber auch ein Schlüsselelement für viele andere Dinge.
Lithiumbatterien treiben unsere Telefone, Tablets, Autos und viele andere Alltagsgeräte an. Es wird bei der Herstellung von hitzebeständigem Glas, Schmierfetten, Klebstoffen und Teleskopen verwendet. Und wenn Sie auf Betonstraßen gehen, befindet sich in der Oberfläche, auf der Sie laufen, Lithium.
Aber nicht nur auf der Erdoberfläche ist es in lebenswichtigen Funktionen vorhanden: Um Kohlendioxid aus der Luft zu gewinnen, wird Lithiumhydroxid in U-Booten und Raumschiffen eingesetzt.
Seine Verwendungsmöglichkeiten sind so vielfältig. 2019 unternahmen die NASA-Flugingenieure Nick Hague und Anne McClain während der Expedition 59 einen sechsstündigen und 39-minütigen Weltraumspaziergang auf der Internationalen Raumstation (ISS), um Nickel-Wasserstoff-Batterien durch neuere und leistungsfähigere Lithium-Ionen-Batterien in einem der Kanäle zu ersetzen, die die von den ISS-Solarzellen gewonnene Energie liefern.
Was?
Elektrofahrzeuge
Derzeit ist die Lithium-Ionen-Technologie die weltweit führende für Elektrofahrzeugbatterien. Die Prognosen deuten darauf hin, dass die Nachfrage nach diesem Material weiter steigen wird.
Dieses Element bietet eine Reihe von Vorteilen: Es verursacht keine Emissionen wie bei der Verbrennung fossiler Kraftstoffe und auch keinen Lärm, da Elektromotoren viel leiser sind als herkömmlichen Fahrzeuge.
Lithium trägt somit zu einer nachhaltigen Entwicklung bei.
Was?
Süsswasser und Sole: Warum das nicht das gleiche ist
Im Salar de Atacama hat sich auf natürliche Weise Sole gebildet, die für die Gewinnung von Lithium durch den hohen geothermischen Gradienten des Sektors natürlich bevorteilt sind. Es handelt sich dabei um ein Becken, das mit Natriumchlorid und hohen Konzentrationen an Kalium, Magnesium, Bor, Sulfaten und Lithium gesättigt ist. Auch Wasser ist vorhanden, allerdings nicht als Trinkwasser geeignet.
Doch warum eigentlich? Stellen Sie sich jeweils ein Glas mit Süßwasser, Meerwasser und Sole vor. Süßwasser hat maximal 1.500 mg/l an gelösten Feststoffen (TDS) und ist damit trinkbar. Mit bis zu 5.000 mg/l TDS ist es nicht mehr trinkbar, aber noch für die Bewässerung geeignet. Meerwasser hat 35.000 mg/l TDS. Es lässt sich entsalzt zu Trinkwasser aufbereiten.
Sole ist wesentlich komplexer: Sie hat, neben anderen Mineralien, eine TDS-Konzentration von mehr als 300.000 mg/l, also 200-mal mehr als Trinkwasser und 70-mal mehr als eben noch für die Bewässerung zu gebrauchen. Es lässt sich feststellen, dass das Gewinnen von Rohstoffen aus der Sole des Salar die Süßwasservorkommen in dieser Region nicht unmittelbar beeinträchtigt.
Um das ökologische Gleichgewicht zu schützen, ist die Solegewinnung allerdings begrenzt. SQM darf derzeit bis zu 1.600 Liter pro Sekunde aus dem Kern des Salar de Atacama für die Herstellung von Kalium- und Lithiumprodukten fördern. Dies erlaubt die Umweltverträglichkeitsprüfung 226 aus dem Jahr 2016.
Diese Genehmigung wurde nach einer eingehenden und umfassenden Prüfung durch die zuständigen Behörden erteilt. Diese stellt sicher, dass die Produktion ohne negative Auswirkungen auf die empfindlichen und ökologisch bedeutenden Areale sowie die umliegenden Gemeinden bleibt.
SQM wird kontinuierlich von chilenischen Behörden überwacht und die Ergebnisse zeigen, dass die Vorschriften eingehalten werden. Jegliche Erhöhung der Lithiumproduktion wurde innerhalb des Extraktionslimits vorgenommen und dies wird auch weiterhin der Fall sein.
Was?
Wasserschutz (Wassernutzung).
SQM verbraucht im Vergleich zum traditionellen Bergbaubetrieb nur einen sehr geringen Prozentsatz an Süßwasser: 180 l/s Frischwasser für die Arbeiten im Salar de Atacama, insbesondere zur Unterstützung des Solepumpvorgangs und der Kaliumproduktion.
Die 180 l/s entsprechen weniger als 5% der dem Unternehmen von der Behörde gewährten Grundwasserrechte und weniger als 2,5% der gesamten dem Unternehmen von der Behörde im Sektor gewährten Rechte, wenn man auch die Rechte für Oberflächengewässer berücksichtigt. Sie werden für die gemeinsame Produktion von mehr als zwei Millionen Tonnen Kaliumsalzen (MOP, Sylvinite und Sarnalite), 270 Tausend Tonnen konzentrierter Lithiumchloridlösung und Magnesiumsalzen (Bischofit) verwendet.
Wasser wird aus Becken östlich des Salar de Atacama geleitet, ebenso wie bei der Solegewinnung. Beide unterliegen einer Umweltverträglichkeitsstudie (UVP) und sind eine Priorität in den Überwachungs- und Frühwarnplänen des Unternehmens.
Der höchste Wasserverbrauch in diesem Gebiet kommt von den Kupferbergbauunternehmen, die Rechte auf mehr als 2.800 l/s haben, fast die doppelte Menge der von der SQM geförderten Sole.
Die Lithiumhydroxid-Produktion von SQM verbraucht ~24 l/kg Wasser direkt in ihren Produktionsprozessen im Salar de Atacama (Pöyry 2020, Life Cycle Assessment (LCA) for Lithium Products), so dass 2/3 des Wassers für die Produktion von Kalium und seinen Salzen verwendet werden. Im Vergleich dazu verbraucht Baumwolle ~400 mal und Rindfleisch ~571 mal mehr Wasser als der Lithiumhydroxid-Produktionsprozess von SQM im Salar de Atacama.
Was?
Wichtige Lithiumverbindungen
Die wichtigsten Lithiumverbindungen sind:
- Lithiumkarbonat, aus dem organische und anorganische Verbindungen wie Lithiumbromid, Lithiumfluorid und Lithiumnitrat abgeleitet werden.
- Lithiumhydroxid, aus dem Lithiumkarbonat HP und Lithiumperoxid abgeleitet werden.
- Lithiumchlorid.
- Lithium-Metall.
HAUPT-LITHIUM-VERBINDUNGEN
Lithiumkarbonat
Ist ein Salz, das nach der Reinigung von Lithium gewonnen wird. Es ist derzeit die weitverbreitetste Lösung und nach Schätzungen wird es bis 2027 etwa 42% des Lithiummarktes ausmachen.
Li2CO3 wird in der Pharmazie für psychiatrische Arzneien, in der Keramik- und Glasherstellung sowie als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien verwendet.
SQM ist also präsent, wenn Sie ein Notebook einschalten, mit einem Handy telefonieren oder eine Digitalkamera benutzen.
HAUPT-LITHIUM-VERBINDUNGEN
Lithiumhydroxid
Die Raumfahrzeuge der NASA-Programme Mercury, Gemini und Apollo nutzten Lithiumhydroxid als Absorptionsmittel, da es sehr gut Kohlendioxid aus Wasserdampf aufnimmt. Die Möglichkeiten dieser Verbindung, die vor allem bei der Herstellung von Schmierfetten für extreme Temperatur- und Druckbelastungen eingesetzt wird, sind so vielfältig wie faszinierend.
Etwa 70% der weltweit produzierten Schmierfette enthalten Lithiumhydroxid. Es wird zudem in Batterien und Farbstoffen eingesetzt.
Lithiumhydroxid
Longlife-Batterien
Lithiumhydroxid besitzt chemische und physikalische Schlüsseleigenschaften, um die elektrochemische Leistung und Langlebigkeit von Batterien mit hohem Nickelgehalt (60%) in Elektrofahrzeugen zu erreichen.
Diese Arten von Kathoden haben den Vorteil einer längeren Lebensdauer und ermöglichen längere Strecken mit einer einzigen Ladung.
Lithiumhydroxid
Schmierfette
LiOH ist das gebräuchlichste Verdickungsmittel in Mehrzweckfetten zur Schmierung im Kfz- und Industriebereich.
Es zeichnet sich durch hohe Anti-Korrosionseigenschaften, lange Lebensdauer und Verschleißfestigkeit aus. Darüber hinaus sorgt es für starke Oberflächenhaftung und eine hohe Beständigkeit bei Feuchtigkeit sowie extremer Kälte oder Hitze, von -20ºC bis + 120ºC.
Aus diesen Gründen ist es erste Wahl für 70% der weltweiten Fettproduktion, aber das ist längst noch nicht alles: Lithium ist auch ein wichtiger Bestandteil von landwirtschaftlichen Hilfsmitteln zum Schutz von angebauten Lebensmitteln.
Lithiumhydroxid
Automarkt und Elektromobilität
Der Markt für Elektrofahrzeuge gewinnt weltweit zunehmend an Bedeutung. Verbrennungsmotoren, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, werden immer stärker verdrängt.
In den kommenden Jahren ist ein wirklich beeindruckendes Wachstum zu erwarten: Bis 2040 sollen 60 Millionen Elektroautos verkauft werden, vor allem in Europa und Asien. Dies entspricht den Empfehlungen der Internationalen Energieagentur, die schätzt, dass mindestens 40% der Fahrzeugverkäufe Elektromodelle sein müssen, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen.
Die Einführung dieser neuen Technologie wird durch staatliche Subventionen und Anreize vorangetrieben. Die Kunden ihrerseits sind motiviert, sich an der Reduzierung der globalen Treibhausgasemissionen zu beteiligen.
Ein weiterer relevanter Faktor ist die neue Generation fortschrittlicher Batterien, die eine größere Autonomie ermöglichen werden. Tatsächlich haben die meisten der großen Hersteller die Entwicklung selbstfahrender Flotten angekündigt.
HAUPT-LITHIUM-VERBINDUNGEN
LITHIUMCHLORID
Lithiumchlorid wird beim Schweißen von Fahrzeugen als Trockenmittel zur Trocknung von Luftströmen eingesetzt. Bei spezielleren Anwendungen in der organischen Synthese kommt es z. B. als Additiv in der Stille-Kupplung zum Einsatz. In der Biochemie hilft es bei der Ausfällung von RNA aus Zellextrakten. Und es wird verwendet, um dunkelrote Flammen zu erzeugen.
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LITHIUM-METALL
Es wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.
