Innovative Membrantechnologie ermöglicht effiziente Lithiumgewinnung aus Wasserquellen

Ein Durchbruch in der Materialwissenschaft hat zur Entwicklung einer neuen Membran geführt, die Lithium selektiv aus Wasser extrahieren soll und möglicherweise riesige, ungenutzte Reserven dieses wichtigen Energiemetalls erschließt.

Während die konventionelle Lithiumgewinnung stark auf den Abbau von Hartgestein und die Verdunstung von Salzseen angewiesen ist, ist der Großteil des weltweiten Lithiums tatsächlich in Meerwasser und unterirdischen Salzlaugen gelöst. Die Isolierung von Lithium aus diesen Quellen war jedoch aufgrund konkurrierender Ionen bisher sowohl kostspielig als auch ineffizient.

Die neu entwickelte Membran trennt Ionen im Wasser anhand ihrer Größe und elektrischen Ladung. Sie wurde entwickelt, um unerwünschte Kationen – positiv geladene Ionen – herauszufiltern und gleichzeitig eine effektivere Isolierung von Lithium zu ermöglichen.

Die Membran selbst besteht aus Vermiculit, einem natürlich vorkommenden und relativ preiswerten Tonmineral. Mithilfe einer speziellen Technik wird das Material in ultradünne Schichten – jede nur ein Milliardstel Meter dick – zerlegt und anschließend zu einer mehrschichtigen Filterstruktur zusammengesetzt.

Um die strukturelle Integrität in wässrigen Umgebungen aufrechtzuerhalten, werden zwischen den Schichten mikroskopisch kleine Säulen aus Aluminiumoxid eingefügt. Diese dienen als stabilisierende Stützen und helfen, die Oberflächenladungseigenschaften der Membran zu kontrollieren.

Eine wichtige Innovation im Design besteht in der Modifizierung der Oberflächenladung der Membran zur Verbesserung der Lithiumselektivität. Durch die Zugabe von Natriumionen wird das Ladungsprofil der Membran verändert, sodass Lithiumionen besser angezogen und ähnlich große, aber weniger erwünschte Ionen wie Magnesium abgestoßen werden. Zusätzliche Natriumionen verengen die Poren weiter und stellen so sicher, dass kleinere Ionen wie Natrium und Kalium passieren, während größere Lithiumionen zurückgehalten werden.

Dieser Ansatz mit zwei Mechanismen – Unterscheidung sowohl nach Ionenradius als auch nach elektrischer Ladung – ermöglicht eine deutlich verbesserte Lithiumgewinnung aus verdünnten Quellen wie Meerwasser und Salzlaugen.

Solche Fortschritte in der selektiven Ionentrennung könnten einen Weg zu einer diversifizierteren und national zugänglicheren Lithiumversorgung eröffnen. Sie könnten zudem die Abhängigkeit von geografisch konzentrierten Bergbaubetrieben verringern und neue Formen der Lithiumgewinnung an Standorten ermöglichen, die bisher als unwirtschaftlich galten.