Hygroskopisch getriebene spontane nachhaltige direkte Lithiumgewinnung

Ein schnellerer, sanfterer Weg zu Lithium

Lithium betreibt die Batterien in unseren Telefonen, Laptops und Elektroautos, doch seine Gewinnung ist langsam, wasserintensiv und energiehungrig. Diese Studie beschreibt eine neue Methode, Lithium aus festen Reststoffen der Gewinnung zu gewinnen, die nichts Exotischeres nutzt als die natürliche Luftfeuchte. Für Leser, die sich um saubere Energie, Wasserknappheit und Bergbaueffekte sorgen, bietet sie einen Ausblick darauf, wie wir die Lithiumversorgung ausweiten und gleichzeitig deren Umweltfußabdruck verkleinern könnten.

Warum heutiges Lithium einen hohen Preis hat

Die moderne Lithiumproduktion stützt sich überwiegend auf zwei Wege: das Verdampfen salzhaltiger Sole in riesigen Becken oder das Zerkleinern und Verarbeiten von Hartgesteins-Erzen. Die Soleverdunstung ist preisgünstig, kann aber über ein Jahr dauern und verbraucht große Mengen an Süßwasser in ohnehin trockenen Regionen. Der Abbau von Hartgestein geht schneller, erfordert jedoch viel Energie und erzeugt umfangreiche Abfälle. Aufkommende „direkte Lithiumgewinnungs“-Verfahren versprechen sauberere Trennung mithilfe spezieller Membranen oder Chemikalien, doch diese Ansätze benötigen meist Strom, Reagenzien und sorgfältige Steuerung, was die Skalierung teuer macht. Die grundlegende Herausforderung besteht darin, dass Lithium meist zusammen mit reichlich vorhandenen Salzen wie Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium auftritt, und die saubere Trennung dieses kleinen Anteils sich als schwierig erwiesen hat.

Die Wasserliebe des Lithiums für sich arbeiten lassen

Die Forschenden erkannten, dass Lithiumchlorid-Hydrat, ein lithiumhaltiges Salz, das in Bergbau-Schlacken häufig vorkommt, eine starke Neigung besitzt, Wasser aus der Luft anzuziehen. Wenn die umgebende Luftfeuchte mäßig ist – etwa 12 % bis 30 % – beginnt dieses Mineral, winzige Mengen an Feuchtigkeit aufzunehmen und löst sich schließlich zu einer Flüssigkeit, während benachbarte Salze wie Kochsalz (Natriumchlorid) und gängige Kalium-, Magnesium- und Calciumsalze fest bleiben. Durch gezieltes Halten von Gemischen dieser Minerale bei kontrollierter Feuchte zeigte das Team, dass lediglich die lithiumhaltigen Kristalle verflüssigen und Tröpfchen einer lithiumreichen Lösung bilden, die ablaufen können. Das bedeutet, dass die Unordnung des in der Luft verstreuten Wasserdampfs genutzt wird, um den Lithiumtrennschritt spontan anzutreiben, ohne zugeführte Wärme, Chemikalien oder Wasser.

Wie das kontrollierte Feuchteverfahren funktioniert

Um dieses Prinzip praktikabel zu machen, baute das Team eine feuchtegesteuerte Kammer, in der trockene Luft durch ein Bett aus gemischten Mineralien oder realer Bergbauschlacke gezogen wird. Wenn die Luft vorbeiströmt, nimmt das Lithiumsalz gierig Feuchtigkeit auf und schmilzt zu einem kleinen Volumen Flüssigkeit. Ein sanftes Vakuum zieht diese Flüssigkeit dann durch einen Filter nach unten und trennt sie von den weiterhin festen Begleitsalzen. Durch Abstimmung der Durchflussgeschwindigkeit der feuchten Luft und der Lockerung der Mineralbett-Packung können sie die Feuchtigkeitsaufnahme beschleunigen und sicherstellen, dass die lithiumreiche Flüssigkeit entfernt wird, bevor sie Zeit hat, unerwünschte Salze in der Nähe wieder aufzulösen. Unter optimierten Bedingungen gewannen sie bis zu 96 % des Lithiums zurück und konzentrierten es auf nahezu 100.000 Teile pro Million – weit reicher als typische industrielle Ausgangslösungen – innerhalb von Minuten bis Stunden statt Monaten.

Nachweis der Wirksamkeit außerhalb des Labors

Über sorgfältig gemischte Proben hinaus testeten die Forschenden echte Schlacke aus einer solebasierten Lithiumanlage. Dieses Material enthielt Lithium zusammen mit mehreren anderen Salzen und Verunreinigungen, ähnlich dem, was an tatsächlichen Standorten gelagert wird. In ihrem Aufbau holten drei schnelle Extraktionszyklen mehr als 80 % des Lithiums in etwa einer Stunde zurück und lieferten Lösungen, die viel konzentrierter waren als diejenigen, die in der Standardproduktion von Lithiumcarbonat verwendet werden. Sie ahmten zudem saisonale Bedingungen der chilenischen Atacama-Wüste nach, wo viele Solenbecken betrieben werden, und passten Luftfeuchte, Temperatur und Windgeschwindigkeit an realistische Werte an. Selbst unter diesen schwankenden natürlichen Bedingungen gewann das Verfahren konsistent mehr als 80 % des Lithiums in etwa ein bis drei Stunden zurück, was zeigt, dass es robust im Feld funktionieren kann.

Skalierung mit einfacher Hardware

Um den Einsatz in der Praxis zu erkunden, entwarf das Team ein einfaches vertikales Modul, grob wie eine hohle Säule, die zwischen zwei Wänden mit Schlacke gefüllt ist. Feuchte Luft wird über die gepackten Salze gezogen, es bildet sich lithiumreiche Flüssigkeit, die dann in einen Auffangbehälter an der Basis tropft. In Tests verarbeitete dieses Modul mehrere Kilogramm Schlacke pro Tag und Meter Höhe und produzierte hochkonzentrierte Lithiumlösungen, die viele bestehende Extraktionstechnologien sowohl in Geschwindigkeit als auch in Ausgabekonzentration übertrafen. Da es auf einfachen Materialien und Umgebungsbedingungen beruht, könnte dieses modulare Design an bestehende Bergbaustandorte angebaut oder in zentralen Einrichtungen eingesetzt werden, die die Luft präziser konditionieren.

Was das für sauberere Batterien bedeutet

Einfach gesagt zeigt die Studie, dass wir die natürliche Wasseraufnahme des Lithiums nutzen können, um es schnell und mit wenig zusätzlicher Energie, Wasser oder Chemikalien aus komplexen festen Abfällen zu gewinnen. Anstatt immer mehr Verdunstungsbecken oder Chemieanlagen zu bauen, lässt dieser Ansatz die Atmosphäre einen großen Teil der Trennarbeit übernehmen. Während noch weitere ingenieurtechnische Arbeiten nötig sind, um die Technologie zu skalieren, sie in bestehende Raffinationsschritte zu integrieren und andere lithiumhaltige Materialien zu prüfen, weist das Konzept in Richtung nachhaltigerer Lithiumlieferungen. Das wiederum könnte dazu beitragen, dass die Energiewende nicht von Bergbaupraktiken abhängt, die Wasserressourcen und Ökosysteme belasten.

Zitation: Chen, H., Yang, M., Zheng, S. et al. Hygroscopicity-driven spontaneous sustainable direct lithium extraction. Nat Commun 17, 4085 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70720-9

Schlüsselwörter: Lithiumgewinnung, Bergbauabfälle, hygroskopische Materialien, Rohstoffe für Batterien, nachhaltiger Bergbau