Wie man die größte bekannte Lithiumlagerstätte der Welt nachhaltig abbaut

Die McDermitt Caldera in Nevada und Oregon könnte bis zu 100 Megatonnen Lithium enthalten. Jetzt schlagen Unternehmen eine neue Methode für den Abbau vor.

Von Rahul Rao | Veröffentlicht am 30. August 2023, 16:30 Uhr EDT

Auf den ersten Blick könnte sich die McDermitt-Caldera wie der Rand der Erde anfühlen. Dieses längliche Labyrinth aus felsigen Tälern erstreckt sich über die trockenen Grenzgebiete zwischen Nevada und Oregon, in einem der am dünnsten besiedelten Teile Nordamerikas.

Aber die Zukunft der modernen Welt hängt von der Zukunft von Orten wie der McDermitt-Caldera ab, die das Potenzial hat, die größte bekannte Lithiumquelle auf dem Planeten zu sein. Während die Welt von heute mit Kohlenwasserstoffen betrieben wird, könnte die Welt von morgen bei einem wachsenden Angebot an Lithium-Ionen-Batterien durchaus auf das Element angewiesen sein. Das flockige Silbermetall ist eine Notwendigkeit für diese Batterien, die wir bereits verwenden und die wir wahrscheinlich in weitaus größerer Zahl zur Unterstützung von Mobiltelefonen, Elektroautos und großen Stromnetzen verwenden werden.

Deshalb ist es sehr wichtig, woher wir unser Lithium beziehen. Eine neue Studie, die heute in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, legt nahe, dass McDermitt Caldera noch mehr Lithium enthält als bisher angenommen, und skizziert, wie die noch zu entdeckenden Vorräte gefördert werden könnten. Doch diese Ergebnisse dürften die Kritik an den Umweltkosten des Abbaus des Stoffes kaum entkräften.

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Bis 2030 könnte die Welt jedes Jahr mehr als eine Megatonne Lithium benötigen. Wenn frühere geologische Untersuchungen korrekt sind, könnte die McDermitt-Caldera – die Überreste eines 16 Millionen alten Vulkanausbruchs – bis zu 100 Megatonnen des Metalls enthalten.

„Es ist ein riesiges, gewaltiges Gestein, das viel Lithium enthält“, sagt Tom Benson, einer der Autoren der neuen Studie und Vulkanologe an der Columbia University und der Lithium Americas Corporation.

Ein hochkarätiges Projekt, das teilweise von der Lithium Americas Corporation betrieben wird, sieht eine 17.933 Hektar große Mine im Thacker Pass auf der Nevada-Seite der Grenze am südlichen Rand der Caldera vor. Das Projekt ist umstritten: Der Thacker Pass (oder Peehee Mu'huh in Nord-Paiute) liegt auf einem Land, das viele lokale indigene Gruppen als heilig betrachten. Aktivisten der amerikanischen Ureinwohner kämpfen weiterhin vor Gericht gegen einen Plan zur Erweiterung des Minenexplorationsgebiets.

Aber nicht alle Lithiumvorkommen unter den felsigen Sanden von McDermitt haben den gleichen Rang. Der größte Teil des gewünschten Metalls liegt dort in Form eines Minerals namens Smektit vor; Unter bestimmten Bedingungen kann sich Smektit in ein anderes Mineral namens Illit umwandeln, das manchmal auch zu Lithium verarbeitet werden kann. Benson und seine Kollegen untersuchten Proben von Smektit und Illit, die aus dem Boden der gesamten Caldera gebohrt wurden. „Überall, wo man bohrt, ist Lithium“, sagt er.

Bisher gingen Geologen davon aus, dass man sowohl Smektit als auch Illit in einer weiten Verbreitung in der Caldera finden könnte, letzteres fanden die Autoren jedoch nur im Süden der Caldera, rund um den Thacker Pass, in hohen Konzentrationen. „Es ist auf diesen Bereich beschränkt“, erklärt Benson.

Das ist wichtig. Benson und Kollegen glauben, dass sich der Illit der Caldera gebildet hat, als eine lithiumreiche Flüssigkeit, die vom darunter liegenden Vulkan erhitzt wurde, über Smektit gespült wurde. Dabei absorbierte das Mineral einen Großteil des Lithiums. Sie prognostizieren daher, dass der Illit im Thacker Pass mehr als doppelt so viel Lithium enthält wie der benachbarte Smektit.

„Das ist wirklich hilfreich, um die Explorationsstrategie zu ändern“, sagt Benson. „Jetzt wissen wir, dass wir im Thacker Pass-Gebiet bleiben müssen, wenn wir diesen Illit finden und abbauen wollen.“

Einige Befürworter von Thacker Pass glauben, dass dies zu geringeren Kosten und weniger Schäden durch den Bergbau führen würde. Jeder, der sich mit Lithium beschäftigt, ist sich in gewisser Weise der Umweltkosten bewusst. Der Rückgewinnungsprozess erzeugt Schadstoffe wie Schwermetalle, saugt Wasser auf und stößt Tonnen von Treibhausgasen aus. Einer Schätzung zufolge kann der Einbau eines neuen Elektrofahrzeugs mit seiner Lithiumbatterie zu mehr als 70 Prozent mehr CO2-Emissionen führen als der Bau eines gleichwertigen benzinbetriebenen Autos (obwohl ein durchschnittliches Elektroauto den Unterschied im Alltag mehr als ausgleichen wird). verwenden).

Allerdings ist nicht jede Extraktion gleich. Es gibt zwei Haupttypen von Lithiumquellen: Solegewinnung und Hartgesteinsabbau. Ein Teil des von uns verwendeten Lithiums stammt aus supersalzigen Becken. Über Millionen von Jahren sickert Regenwasser durch lithiumhaltiges Gestein, löst das Metall auf und transportiert es zu unterirdischen Grundwasserleitern. Heutzutage pumpen Menschen Sole an die Oberfläche, verdampfen das Wasser, fügen eine Aufschlämmung aus gelöschtem Kalk hinzu, um unerwünschte Metalle fernzuhalten, und extrahieren das zurückbleibende Lithium. Ein Großteil des weltweiten Sole-Lithiums stammt heute aus dem „Lithium-Dreieck“ Argentinien, Bolivien und Chile – einer der trockensten Regionen der Welt.

Alternativ können wir Lithiumerze direkt aus der Erde abbauen und sie wie die meisten anderen Metalle verarbeiten. Um Lithium vom Erz zu trennen, muss das Gestein typischerweise zerkleinert und auf Temperaturen von über 1.000 Grad Fahrenheit erhitzt werden. Um diese hohen Temperaturen zu erreichen, sind oft zunächst fossile Brennstoffe erforderlich. Diese Methode ist weniger aufwendig und kostspielig als die Solegewinnung, aber auch weitaus kohlenstoffintensiver.

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Smektit und Illit von McDermitt Caldera gehören zu dem, was einige Lithiumbeobachter als neue dritte Kategorie der Gewinnung betrachten: vulkanisches sedimentäres Lithium. Wenn vulkanische Mineralien, die Lithium enthalten, in nahe gelegene Täler fließen und mit dem losen Schmutz reagieren, hinterlassen sie lithiumreiche Sedimente, deren Trennung nur wenig Energie und Verarbeitung erfordert.

Bergbaubefürworter behaupten, dass sie mit der neuen Alternative die Umweltauswirkungen ihrer aktuellen und zukünftigen Aktivitäten am Thacker Pass drastisch reduzieren können. Und die Untersuchungen von Bensons Team scheinen darauf hinzudeuten, dass Lithiumunternehmen für ihre Bemühungen möglicherweise mehr belohnt werden, wenn sie an den richtigen Stellen nachforschen.

Dies ist jedoch wahrscheinlich kein Trost für die Gegner des Lithiumabbaus in Oregon und Nevada, deren Kritik berücksichtigt wird, während das Bureau of Land Management die Bohrungen in der Lagerstätte plant. Ihr Fall ähnelt dem der indigenen Chilenen, die sich gegen die Lithiumgewinnung in der Nähe ihrer Häuser in der Atacama-Region aussprechen, und denen der Einheimischen, die gegen ein Lithiumabbauprojekt nahe der Nordgrenze Portugals kämpfen. Gemeinsam kämpfen sie gegen eine Welt, die immer hungriger nach Lithium ist, sowie gegen neue Wege und Orte, um es auszubeuten.

Rahul Rao ist seit Anfang 2021 ein ehemaliger Praktikant und beitragender Wissenschaftsautor für Popular Science. Er befasst sich mit Physik, Weltraum, Technologie und deren Schnittstellen untereinander und allem anderen. Kontaktieren Sie den Autor hier.