Lithium-Forschung Übergreifende Betrachtung von Lithium in einem Wertschöpfungsnetzwerk

Sehr geehrter Herr Professor Blum, Sie leiten das im vergangenen Jahr gegründete Deutsche Lithiuminstitut gemeinsam mit Prof. Ralf Wehrspohn. Wie entstand die Idee zur Gründung?

Mit der Energiewende endet die Verstromung von Braunkohle und sukzessive wird auch Stahl nicht mehr in kohlebasierten Verhüttungsprozessen hergestellt. Die Folge davon ist, dass rund 50% des Gipses, der in Deutschland von der Gipsindustrie nachgefragt wird und aus REA-Gips besteht (REA: Rauchgasentschwefelungsanlage), fehlen wird, ebenso wie ungefähr 30% des Zements, der im Hüttenprozess und in Stäuben aus Kohlekraftwerken anfällt. Einer der Gesellschafter verfügt über ein Patent, das bei der Herstellung von Lithium als Nebenprodukt Gips erzeugt, weshalb die Herstellung von Lithium in Deutschland, das einen hohen Gipsbedarf hat, attraktiv ist. Schließlich fallen in erheblicher Menge auch Aluminiumsilikate an, die sich möglicherweise als Zementersatzstoffe eignen.

Welche Kernziele verfolgen Sie am Institut?

Das Institut versteht sich als „Architekt innovativer, neuer Lieferketten“. Es erforscht die Schnittstellen in einer Kreislaufwirtschaft, die durch die Energiewende neu entstehen, und versucht diese in Richtung auf skalierungsfähige Prozesse zu entwickeln, um einer nachhaltigen Industriegesellschaft die erforderlichen Systeme an die Hand zu geben. Es wird also nicht erforscht, welche Arten von Gipskartonplatten oder Lithium in Batterien eingesetzt werden sollen, sondern wie die Schnittstellen beispielsweise zwischen Abfallbatterien und Recycling, zwischen Lithiumkonverter und Gipsindustrie usw. auszugestalten sind.

Wie sind das Team und das Netzwerk aufgestellt, mit dem Sie an diesen Zielen arbeiten?

Das Forschungsteam besteht derzeit aus ca. 20 Personen, davon sechs Hochschullehrer, die an den Themen arbeiten, sowie dem erforderlichen Support. Durch Zusammenarbeit mit der Universität sind die benötigten Laborinfrastrukturen vorhanden; diese sollen allerdings im Rahmen der Weiterentwicklung des Instituts sukzessive in Eigenregie aufgebaut werden. International ist das Institut mit den entsprechenden Einrichtungen vor allem in den USA, Kanada und China gut vernetzt. Eine erste große Konferenz „Lithiumdays 2021“ wurde vom kanadischen Botschafter eröffnet und enthielt auch Beiträge aus den für die Lithiumwirtschaft wesentlichen interessanten Ländern und wissenschaftlichen Einrichtungen.

Sie schreiben dem Deutschen Lithiuminstitut ein Alleinstellungsmerkmal in der deutschen
 Forschungslandschaft zu. Können Sie das bitte genauer erklären?

Es gibt kein anderes vergleichbar spezialisiertes Institut in Deutschland. In China ist die entsprechende Einrichtung Teil der Vereinigung der Nicht-Eisen-Metalle. Die übergreifende Betrachtung von Lithium in einem Wertschöpfungsnetzwerk, dessen Verbindungen neu zu knüpfen sind, ist in dieser Form global einzigartig.

Warum wurde der Standort Halle (Saale) als Sitz gewählt?

Der Standort bietet sehr gute Voraussetzungen durch die Kooperation mit der Universität, die insbesondere in den Geowissenschaften und der Materialphysik die erforderlichen Forschungskapazitäten besitzt und aus der sich auch ein Teil des Personals rekrutiert. Darüber hinaus verfügen Halle und die Region über eine lange Tradition in den Werkstoffwissenschaften und Werkstoffökonomien. Schließlich besteht die Chance, den Braunkohleausstieg, den Erdöl- und Erdgasausstieg und die damit verbundenen sektoralen Umwälzungen gut zu kompensieren, weil Lithiumraffinieren mit ähnlichen Großtechnologien arbeiten und damit einen vollwertigen Ersatz darstellen können. Dass die ersten beiden Lithiumraffinieren nach Mitteldeutschland kommen, bestätigt uns in der Standortentscheidung. Die Förderung der Lithiumtechnologien ist auch Teil des Koalitionsvertrages der Regierung in Sachsen-Anhalt.

Lithium gilt als Schlüsselelement des 21. Jahrhunderts. Warum ist das so und gibt es bereits Alternativen zu Lithium?

Lithium ist Hoffnungsträger für eine Vielzahl von anderen Industrien, nicht nur für die Batterieindustrie, sondern beispielsweise auch für die Glas-, Keramik- und Porzellanindustrie. So ist z. B. das Ceran-Feld erst durch Lithium möglich geworden. Zudem ist es wissenschaftshistorisch in der Kernfusion das zentrale Element zur Gewinnung von Tritium. Insofern spielt Lithium für die Defossilisierung der Moderne eine wichtige Rolle. Aber grundsätzlich gilt auch, dass es fast immer gelungen ist, kritische Werkstoffe zu ersetzen. Das ist nur eine Frage der Zeit, der Kosten und ob damit die bisher gewonnenen Effizienzgerade auch erreicht werden. Daher bedeutet Nachhaltigkeit auch einen schonenden Umgang, um den Stoff attraktiv zu halten.

Sie wollen dazu beitragen, dass Deutschland zu einem zentralen Standort für die Lithiumbatterie-Produktion in Europa wird. Warum ist das aus Ihrer Sicht wichtig?

Lithium steht am Anfang einer High-Tech-Wertschöpfungskette. Wer die Technologie beherrscht, wird in den kommenden Jahren erfolgreich Wohlstand schaffen können. Für das mitteldeutsche Wirtschaftssystem besteht die Chance, auf einen neuen Innovationszyklus aufzuspringen – und das Aufholen von Regionen im Wettbewerb der Standorte gelingt immer nur mit neuen Technologien.

Ihr Institut möchte eine CO2-neutrale Kreislaufwirtschaft für Lithium etablieren. Wie kann das funktionieren?

Mit der Lithiumkreislaufwirtschaft verbunden ist der Aufbau eines digitalen Zwillings, also einer digitalen Kopie aller mit dem Lithiumverbund und seinen Nebenprodukten verknüpften realen Prozesse. Ziel ist es, die Realität möglichst genau digital abbilden zu können und damit gleichermaßen eine Szenario- wie Simulationsfähigkeit zu erzeugen. Damit kann es gelingen, Veränderungen von Prozessen rechtzeitig virtuell „durchzuprobieren“ und so massiv Kosten in Forschung und Entwicklung einzusparen. Diesen Prozess begleiten wir aktiv auf der Normungsebene im Rahmen des globalen Lithiumnormungsausschusses ISO TC333.

Welche Ansätze gibt es zum Recycling von Lithiumbatterien und wie bewerten Sie diese,
vor allem in puncto Nachhaltigkeit?

Großtechnisch gibt es bisher kein etabliertes Verfahren für das Lithiumrecycling. Da ein erheblicher Teil der Batterien bereits vor dem Einbau fehlerbehaftet ist, fällt schon heute ein beträchtlicher Recyclingbedarf an, der nicht befriedigt werden kann. Aktuell werden die defekten Lithiumbatterien in Castor-ähnlichen Behältern zu Metallrecyclingunternehmen gebracht, dort in Drehöfen verbrannt, die schwereren Metalle abgeschieden und die verbliebene, glasige Masse gemahlen und in den Unterbau von Straßen eingebaut. Provokant kann man deshalb aktuell sagen: „Auf den Straßen ist weniger Lithium als in den Straßen“. Das wollen wir ändern, indem wir Systeminnovationen etablieren, die Recycling durch Synergien wirtschaftlich machen. Ähnlich wie jeder Stahlhersteller auch Recyclingschrott – klimaschonend – in seinen Prozessen nutzt, wird das in Zukunft auch bei den Lithiumherstellern der Fall sein.

Welche Herausforderungen müssen in naher Zukunft überwunden bzw. welche Weichen
gestellt werden, um die besagte europäische Lithium-Kreislaufwirtschaft auf den Weg zu
bringen?

Wenn Lithium eine wesentliche Rolle bei der Defossilisierung der Welt und in der globalen Energiewirtschaft spielt und Energie auch weiterhin knapp und zugleich teuer bleibt, dann wird die Kreislaufführung vor Ort enorm an Bedeutung gewonnen. Um diese auf hohem Qualitätsniveau zu gewährleisten, sind neben Innovationen auch Standardisierung und Normung erforderlich, weshalb das ITEL-Deutsches Lithiuminstitut GmbH auch federführend in die internationale Normung eingebunden ist. Unser Gesellschafter Rocktech Lithium will 2030 bis zu 50% Recyclingmaterial nutzen – das ist unsere Zielmarke.

Vielen Dank für das Gespräch.

Ihre Meinung ist gefragt! Sonderabfallwissen will noch besser werden

Zur Leserumfrage (5 Minuten)