BrineMine – Gewinnung von Wertstoffen und Trinkwasser aus Geothermalquellen in Chile

Die jüngsten geopolitischen Entwicklungen zeigen die Dringlichkeit, neue Wege für den Zugang zu wirtschaftsstrategisch relevanten Rohstoffen zu sichern und deren Gewinnung deutlich nachhaltiger zu gestalten. Die Extraktion von Mineralien wie z.B. Lithium, Magnesium, Kalium, Bor oder Gold aus geothermalen Solen ist prozesstechnisch nicht trivial, aber durchaus möglich. Zusätzlich kann aus Solen unter Verwendung der Geothermie als Energiequelle Frischwasser gewonnen werden, was besonders in trockenen Regionen einen wichtigen Mehrwert darstellen kann. Ziel des Projektes ist es zum einen die Potenziale für die Mineraliengewinnung aus Geothermalsolen in Chile zu bestimmen und zum anderen die verfahrenstechnischen Anlagen für deren Extraktion sowie die Wassergewinnung zu entwickeln und zu erproben.

Das Projekt BrineMine ist ein 4-jähriges Forschungsprojekt zwischen deutschen und chilenischen Forschungs- und Industriepartnerinnen und -partnern. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Erforschung einer Technologie zur Gewinnung von werthaltigen Mineralien und Frischwasser aus geothermalen Solen. In Chile sind zahlreiche Geothermalquellen bekannt, die z. B. Magnesiumgehalte von > 0,5 g/l, Kaliumgehalte von > 1,7 g/l, Boratgehalte von > 0,1 g/l oder Lithiumgehalte von > 0,6 g/l aufweisen. Die derzeitigen Wasseranalysen sind unvollständig und mehrere andere potenziell wertvolle Metalle wurden noch nicht analysiert. In BrineMine werden dazu Geothermalquellen in Chile erkundet und analysiert, um die technisch-wirtschaftliche Gesamtausbeute zu bewerten. Auch in Deutschland ist mittlerweile das Interesse an der Gewinnung von Lithium aus Geothermalsolen sehr groß, z.B. im Oberrheingraben, wo bis zu 0,16 g Lithium pro Liter zu finden sind. Der technologische Ansatz im Projekt basiert hauptsächlich auf dem Einsatz chemischer Fällung, Filtration sowie innovativer Membranverfahren. Während die Vorkonzentration der Sole durch druckbetriebene Umkehrosmose (RO) erfolgt, wird die weitere Aufkonzentration bis zur Sättigung durch Membrandestillation (MD) durchgeführt. Hierbei wird die vor dem RO-Prozess ausgekoppelte geothermische Wärme als Antriebsenergie für den MD-Prozess genutzt. Die größten technischen Herausforderungen, die es zu lösen gilt, bestehen darin, die während der Entspannung und Abkühlung der Sole auftretende Kristallisation der verschiedenen gelösten Stoffe wie Silikate und Kalzite kontrolliert durch chemische Fällung und Filtration durchführen zu können und Ablagerung auf den RO- und MD-Membranen zu vermeiden. Daher sind die Untersuchungen zum Scalingverhalten sowie die Entwicklung von Methoden zur Vermeidung die wichtigsten Forschungsschwerpunkte des Projekts. Erste Untersuchungen der gesamten Technologie wurden zunächst mit künstlichen Solen und anschließend mit realen Solen im Labor des Fraunhofer ISE durchgeführt. Aufbauend auf den Ergebnissen wurden zwei Demonstrationsanlagen entwickelt und gebaut, die in einem Geothermiekraftwerk in Insheim erprobt werden konnten. Eine dritte Demonstrationsanlge wurde anschließend an einer Geothermalquelle in Puyehue, Chile installiert und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der entwickelten Prozesskette eine Aufkonzentration der Sole soweit möglich ist, dass eine anschließende Lithiumfällung erfolgen kann.