Lithium-Abbau - Folgen für die Umwelt

Welchen Effekt Lithium auf die Umwelt hat, wird im Wesentlichen durch die Faktoren Abbau des Rohstoffs, Produktion und Transport bestimmt. Hinzu kommt die Energie, die für die Herstellung des entsprechenden Produktes – also z.B. für den Photovoltaik-Stromspeicher oder die E-Auto-Batterie – aufgewendet werden muss. Bevor diese Aspekte näher beleuchtet werden, soll es erst einmal um grundlegende Fragen gehen.

Was ist Lithium?

Lithium ist ein Alkalimetall und damit ein sehr unedles Metall mit einer hohen Reaktivität. In der Natur kommt es aufgrund dieser hohen Reaktivität nicht elementar vor, denn es reagiert sofort und sehr heftig mit geringsten Mengen Feuchtigkeit aber auch mit dem Stickstoff aus der Luft.

Lithium kommt in geringen Konzentrationen in Mineralien vor und in Form gelöster Salze in Salzseen. Auch im menschlichen Organismus ist Lithium enthalten. Allerdings hat es keine bekannte biologische Funktion.

Aufgrund seiner Struktur hat Lithium eine besonders hohe Ladungsdichte, was das Metall für die Anwendung in mobilen Batterien interessant macht.

Wofür wird Lithium genutzt?

Elementares Lithium wird verwendet, um Stickstoff aus der Luft zu entfernen; Lithium ist ein starkes Reduktionsmittel und wird unter anderem in der Chemischen Industrie und der Metallurgie eingesetzt. Dort dient es auch als Legierungsbestandteil, der Zugfestigkeit, Härte und Elastizität erhöht. Zudem findet Lithium auch in der Medizin Anwendung, unter anderem gegen Gicht und Depressionen.

Der überwiegende Teil des industriell eingesetzten Lithiums wird in Lithium-Ionen-Akkumulatoren für Smartphones, Laptops, Akkuwerkzeuge oder elektrisch betriebene Fahrzeuge wie Hybrid- und Elektroautos oder E-Bikes verwendet. In letztgenannten Bereich gibt es auch die größten Wachstumsraten.

Wie wird Lithium gewonnen?

Wie bereits erwähnt, ist kein elementares Lithium verfügbar aber es gibt Lagerstätten von Mineralien und Salzen. Mehr als die Hälfte der weltweiten Lithium-Produktion stammt mittlerweile aus australischen Tagebauen, die Li-Minerale fördern. Wird der Rohstoff aus Laugen gewonnen, muss dazu das Salzwasser an die Oberfläche gepumpt, das Wasser verdampft und die eingedickten Rückstände werden weiter verarbeitet werden. Das Lithium, das in der Lauge meist als gut lösliches Lithiumchlorid vorliegt, wird durch Zugabe von Natriumcarbonat als schwer lösliches Lithiumcarbonat ausgefällt und dann getrocknet.

Lithium ist ein leichtes Metall, die damit gebauten Akkus haben ein geringes Gewicht und eine hohe Ladungsdichte (Ladung pro benötigtem Raum), was sie besonders für mobile Anwendungen interessant macht. Daneben übertreffen Lithium-Ionen-Akkus viele andere Batterien hinsichtlich ihrer Haltbarkeit. Anders als bei anderen Akkus haben Lithium-Batterien keinen „Memory“-Effekt, d.h. sie können immer wieder be- und entladen werden, ohne dass sich die Kapazität verringert. Dazu kommt noch die große Entladetiefe: Um Schäden an der Batterie zu verhindern, muss in der Regel eine Restladung im Stromspeicher verbleiben. Während Blei-Akkus nur Entladetiefen zwischen 50 % und 60 % erreichen, können Lithium-Ionen-Akkus bis zu 100 % entladen werden.

Derzeit heftig in der Diskussion ist vor allem der Lithium-Abbau und seine Folgen. Wie bereits erwähnt, wird das Alkalimetall zum Teil über Lithiumchlorid aus Salzwassern gewonnen - diese Art des Abbaus wird vor allem kritisiert. Ein Förderort ist die Atacama-Wüste in Chile, eine extrem trockene und lebensfeindliche Region. Neben Lithium werden hier noch Kupfer, Silber, Gold und Platin gefördert.

Für den Lithium-Abbau, so wie er heutzutage im Drei-Länder-Eck von Chile, Argentinien und Bolivien betrieben wird, werden große Mengen Wasser benötigt. Das kostbare Nass wird vor allem dazu verwendet, um das Lithiumsalz und die Anlagen zu reinigen. 

Ob tatsächlich Süßwasser zum Einsatz kommt, ist dabei faktisch fast egal. Denn durch den Abbau ist eine Vermischung zwischen der Sole und den Süßwasservorräten zu beobachten, was letztere als Trinkwasser unbrauchbar macht. Damit wird die Ressource Wasser schon jetzt knapper und der Run auf das Lithium hat gerade erst begonnen. Es ist zu befürchten, dass die Gegend noch trockener wird, die Anwohner hier nur noch mehr schlecht als recht leben können und die empfindliche Umwelt leidet. Trockene Böden haben zur Folge, dass Stäube in der Wüste aufgewirbelt werden und weiteres wertvolles Trinkwasser versalzen. Auch durch unsachgemäße Bohrungen kann das Trink- mit dem Salzwasser vermischt werden. 

Das Hauptproblem ist nicht unbedingt der Abbau selbst, sondern die Goldgräberstimmung und fehlende Kontrolle. Lithium lässt sich, verglichen mit Kupfer oder Gold noch relativ sauber und auch mit geringem energetischen Aufwand gewinnen. Allerdings steht zu befürchten, dass aufgrund der hohen Nachfrage und der zu erwartenden Gewinne für die fördernden Unternehmen, wenig Rücksicht auf die Belange der Menschen vor Ort und der Umwelt genommen wird. Hier müssen, wie beim Kobalt, internationale Standards rechtliche Rahmenbedingungen setzen.

Bleibt die generelle Frage nach der ökologischen Sinnhaftigkeit von aufwändig hergestellten Stromspeichern. Lithium-Ionen-Akkus sind High-Tech-Produkte, die aufwändig hergestellt werden. Das erfordert eine Menge an Energie, die nicht durch die Batterie selbst wieder zurückgewonnen werden kann. Hinsichtlich der Ökobilanz sind die Stromspeicher also kein Gewinn, sie reduzieren nach dieser Betrachtungsweise den ökologischen Nutzen der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (Lithium-Ionen-Akkus weniger als Blei-Akkus).

Wählt man einen anderen Blickwinkel, ist der Einsatz von Stromspeichern auch ökologisch sinnvoll. Jede gespeicherte Kilowattstunde muss nicht als Netzstrom bezogen werden. Bei einem Strommix, der noch immer zu fast der Hälfte auf fossilen Brennstoffen basiert, spart die Kombination Stromspeicher und Photovoltaikanlage oder Windrad in Summe doch CO₂. Betrachtet man den gesamten Energiemix, so liegt hier der regenerative Anteil noch unter 15 % (Stand 2019). Wird durch die Sektorenkopplung Strom zum Beispiel für die Heizung oder die Elektromobilität genutzt, wird die Umweltbilanz von Lithium-Ionen-Akkus noch besser. Fakt ist, dass wir für die Energiewende Stromspeicher benötigen. Ob es unbedingt Lithium-Ionen-Akkus sein müssen, ist nicht abschließend geklärt.

Der Bedarf an Lithiumakkus wird in Zukunft deutlich steigen. Laut Umweltbundesamt lässt sich dieser aber durch die geologischen Reserven in den nächsten Jahrzehnten noch decken. Momentan scheint also keine Knappheit in Sicht doch langfristig wird Recycling nicht nur ein Thema der Umwelt sondern auch ein Ressourcen. Derzeit existieren noch keine Sammelsysteme für gebrauchte Lithium-Ionen-Akkus, das Ganze lohnt sich noch nicht.

Prinzipiell ist das Recycling oder besser die Verwertung von Batterien möglich. Die Verbrennung des Akkus und die anschließende Gewinnung von Metallen aus der Schmelze wird zwar praktiziert, kann aber auf Dauer nicht die Lösung sein. Auch weil sich so zwar Kupfer, Nickel oder Kobalt wiedergewinnen lassen, nicht aber das Lithium.

Besser ist hingegen der Ansatz, die leicht entzündliche Lithium-Ionen-Batterie unter Schutzatmosphäre zu zerlegen. Aus dem geschredderten Material lassen sich Graphit, Mangan, Nickel, Kobalt und Lithium gewinnen - 96 % aller Batteriebestandteile werden so einem neuen Kreislauf zugeführt.