SEArcularMINE – Rohstoffgewinnung aus Meerwasserkonzentrat

Aktuell ist Europa in hohem Maße abhängig vom Import von Rohstoffen, die kritisch für die wirtschaftliche Entwicklung sind. Diese kritischen Rohstoffe (Critical Raw Materials (CRM) werden in vielen Wachstumsbereichen benötigt, etwa Batterietechnologie, Polymere, Pharmazie. Daher besteht ein dringender Bedarf an Lösungen, CRM unter höchsten Effizienz-, Kosten- und Nachhaltigkeits-Standards in Europa zu produzieren.
SEArcularMINE wird einen innovativen, integrativen Prozess prototypisch demonstrieren, der Energie zurückgewinnt und CRM wie Magnesium, Lithium, Rubidium oder andere Spurenelemente aus Abfallkonzentraten der mediterranen Salzgewinnung extrahiert. Dabei wird ein minimierter Energiebedarf angestrebt und eine neuartige Technologie zur Stromgestehung durch Salinitätsgradienten in Meerwasser erprobt. Der kreislaufwirtschaftliche Ansatz maximiert dabei sowohl die Ressourceneffizienz als auch die Wirtschaftlichkeit.

Projektziele

SEArcularMINE baut auf die jahrhundertealten und bis heute genutzten Technologien und Prozesse von Salinen, in denen Meerwasser in flachen Becken verdunstet und kristallisiert. Das resultierende Konzentrat (engl. brine, bittern) enthält hohe Konzentrationen an Spurenelementen. Im Projekt werden nachhaltige und kosteneffiziente Technologien entwickelt, die zur Sicherung von Europas Zugang zu CRM beitragen werden, indem die Konzentrate einem als Kreislauf gestalteten Extraktionsprozess unterzogen werden. Das Projekt-Konsortium vereint führende Experten aus Wissenschaft und Industrie, um

• 3 innovative Technologien zu entwickeln zur Extraktions von Magnesium (Mg), Lithium (Li) und weiteren Spurenelementen (Rb, Sr, Cs, Ga, Ge, Co)
• mehrere Hilfsprozesse zu etablieren um in die Extraktions- bzw. Produktionsprozesse als geschlossene Kreisläufe auszuführen
• die für die Extraktion benötigte Energie aus Stromgewinnung aus Salinitätsgradienten sowie on-site Solar- und Windenergie zu gewinnen
• Modellierungstools zur Simulation, Auslegung und Evaluierung der Prozessketten zu entwickeln, um – unter gegebenen Randbedingungen - eine optimale Nutzung von Ressourcen sicherzustellen
• die Verfügbarkeit und Charakteristika von Salinenkonzentraten im gesamten Mittelmeer-Raum zu kartieren
• den Grundstein zu legen für weitere Entwicklungen, die eine breite Anwendung der entwickelten Technologien und deren Akzeptanz zu erhöhen.

Erwarteter Impact

SEArcularMINE’s kreislaufwirtschaftlich angelegter Prozess-Ansatz nutzt Abfallströme und bestehende technische Infrastruktur, stellt Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit sicher und wird zu den nachfolgenden Impacts beitragen:

• einen nachhaltigen Zugang zu Mg, Li und anderen Spurenelementen in der EU sicherzustellen
• den Übergang hin zu einer sauberen, CO2-armen Wirtschaft zu unterstützen durch Technologie-Forschung für den Zugang zu CRM
• die technologischen Grundlagen für radikale Innovationen zu legen, die dazu beitragen die beträchtlichen neuen oder bislang unentdeckten CRM Reserven in Europa zu erschließen
• Alternativen aufzuzeigen zu den gegenwärtigen, mit hohen Umweltbelastungen verbundenen Extraktionsprozessen global begrenzter Reserven an CRM, indem ein geschlossener Kreislaufprozess demonstriert wird, der lediglich Meerwasser benötigt, ohne weitere Zugabe von Chemikalien auskommt und dem Bedarf an Energie und Frischwasser minimiert
• Frischwasserknappheit zu geringen Kosten abzumildern, indem versucht wird, Gewinnungs-/Extraktionstechnologien mit Meerwasserentsalzung zu verbinden.

In diesem Verbundforschungs-Projekt wird Fraunhofer ISE

• einen effizienten Ansatz zur Vorkonzentration von Li/Spurenelement-reichen, hochsalzhaltigen Solen durch sättigungsinduzierte Ausfällung und Extraktion der Hauptsalze entwickeln
• technologisch bei Design, Bau und Test eines Prototyps zur selektiven Lithiumabscheidung unterstützen
• verschiedener selektiver Nachkonzentrationstechnologien (z.B. MD, FO), die bei Li/Spurenlelement-reichen Solen nach dem selektiven Rückgewinnungsschritt aus dem Solestrom angewendet werden können, analysieren und charakterisieren
• Grundlagenforschung zu reaktiven Kristallisationsprozessen für die selektive Ausfällung von Li und Spurenelementen durchführen
• einen kontinuierlich arbeitenden Li/Spurenelement-Kristallisationsprototyps entwickeln und betreiben
• physikalische und chemische Modellierungsansätze validieren und Simulationswerkzeuge anpassen.