Nachhaltiger Rohstoffabbau aus Thermalquellen in Chile

Bodenschätze aus Chile sind für Deutschland von großer Bedeutung. Laut Statistiken der Weltbank werden jedes Jahr Tausende Tonnen wertvoller Mineralien aus dem südamerikanischen Land importiert, darunter auch Rohstoffe für Lithium-Ionen-Batterien. Doch ihre Gewinnung verursacht ökologische und soziale Probleme: „Die Nutzung der begrenzten Süßwasserressourcen im Norden Chiles für den Bergbau schürt regelmäßig Konflikte mit der lokalen Bevölkerung“, sagt Professor Thomas Kohl vom Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) des KIT. „Nordchile ist eine der trockensten Regionen der Erde, verfügt aber über umfangreiche geothermische Ressourcen. Mit einem neuartigen Anlagentyp ist es nicht nur möglich, klimafreundlich Strom zu erzeugen, sondern auch Trinkwasser und sogar Mineralien zu gewinnen.“ Ressourcen gleichzeitig zu nutzen.“ Das AGW-Team von BrineMine, einem deutsch-chilenischen Forschungsprojekt, entwickelt die notwendigen Strategien und Technologien. AGW blickt auf eine lange Geschichte der Zusammenarbeit im Bereich der Geothermieforschung in Chile zurück. Ihr Hauptpartner ist das Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA). „BrineMine zeigt, wie gut die Zusammenarbeit zwischen chilenischen und deutschen Institutionen funktioniert“, sagt Professor Diego Morata, Direktor von CEGA. „Eine nachhaltige Entwicklung, die durch die Kombination von Geothermie und grünem Bergbau erreicht wird, kann Europa und der Andenregion gleichermaßen zugute kommen.“ Erste Demonstrationsanlage am Oberrheingraben Ein Teil der transdisziplinären Forschungsinitiative widmet sich dem geochemischen und geothermischen Potenzial von Thermal Brunnen in Chile, um geeignete Standorte zu identifizieren. Zur Ermittlung des Rohstoffpotenzials wird eine Datenerhebung mit Schwerpunkt auf den Thermalfeldern der Atacama-Wüste durchgeführt. Darüber hinaus beteiligt sich das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) am BrineMine-Projekt, indem es die Anlagentechnik für den späteren industriellen Einsatz entwickelt. Es basiert auf einer neuartigen Prozesskette: Zunächst wird die Wärme der Erdwärmesole zur Energiegewinnung genutzt. Die abgekühlte Flüssigkeit, die eine relativ geringe Konzentration aufweist, wird anschließend durch Umkehrosmose vorkonzentriert; gleichzeitig wird Trinkwasser gewonnen. Anschließend wird das Solekonzentrat durch Membrandestillation weiter konzentriert, bis es gesättigt ist. „Die für den gesamten Prozess benötigte Wärmeenergie kann direkt aus der überschüssigen Wärme des Kraftwerksprozesses gedeckt werden“, erklärt Projektleiter Dr. Joachim Koschikowski vom ISE. „Wir haben bereits eine Demonstrationsanlage in einem Geothermiekraftwerk im Oberrheingraben aufgebaut und Schlüsselkomponenten erfolgreich in den laufenden Kraftwerksbetrieb integriert.“ Optimierung von Prozessen für den Rohstoffabbau Die meisten Prozessschritte basieren auf bewährten Methoden , aber sie wurden noch nie auf diese Weise kombiniert. Es sind detaillierte Untersuchungen erforderlich, da beispielsweise sowohl die Konzentration als auch die Kühlung die Gefahr von Silikatablagerungen erhöhen. „Konventionelle Strategien zur Silikatentfernung würden die Gewinnung der Rohstoffe stark beeinträchtigen. Ohne Wasseraufbereitung würden die technischen Anlagenteile beschädigt“, erklärt Valentin Goldberg von der AGW des KIT. Eine praktikable Lösung fanden die Forscher, indem sie den pH-Wert der Sole änderten und zweiwertige Kationen (z. B. Calcium oder Magnesium) hinzufügten. „Unsere Methode zur Silikatentfernung ist schnell und effektiv. Vor allem hat sie keine negativen Auswirkungen auf die Rohstoffgewinnung“, sagt Goldberg. Die Forscher beschreiben diesen neuen Ansatz im Fachjournal Geothermics. Bevor die ersten Anlagen in Chile installiert werden können, müssen weitere Details zum Prozess geklärt werden. Darüber hinaus werden auch konkrete Modelle für den wirtschaftlichen Betrieb entwickelt.