Effiziente und umweltfreundliche Rohstoffgewinnung in Chile
Seit rund zehn Jahren kooperieren chilenische und deutsche Wissenschaftler in der Geothermieforschung erfolgreich miteinander: Das Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes und der Lehrstuhl für Geothermie und Reservoir-Technologie des Karlsruher Instituts für Technologie (Kit) arbeiten in diesem Bereich zusammen. Im Rahmen des vierjährigen Brinemine-Projekts untersuchte der Geowissenschaftler Valentin Goldberg geothermische Systeme und das geothermische Potential in Chile.
Das hohe Potenzial in Chile ergibt sich aus dem Anden-Vulkanbogen, der mehr als 200 aktive Vulkane beherbergt. Valentin Goldberg hat mit chilenischen Wissenschaftlern bei Erkundungsreisen durch Chile im Rahmen des Brinemine-Projekts in den vergangenen Jahren rund 30 geothermische Systeme untersucht und diverse Daten erhoben. Er erklärt zum Vorgehen: «Bei unserer Exploration der Thermalquellen haben wir zum einen die Wasserchemie mit hochauflösenden chemischen Analysen untersucht. Auf diesem Weg konnten wir sehen, welche möglichen Rohstoffe in den Wässern sind.»
Valentin Goldberg schreibt zurzeit seine Doktorarbeit, die binational betreut wird: Dafür forscht er sowohl am Karlsruher Institut für Technologie (Kit) als auch an der Universidad de Chile. Teil seiner Promotion ist das Brinemine-Projekt.
Er absolvierte am Kit seinen Bachelor und Master in Angewandten Geowissenschaften und übernahm 2019 die technische Leitung des Brinemine-Projekts am Kit.
Joachim Koschikowski begann seine berufliche Laufbahn am ISE 1996 in den Bereichen Materialforschung und Entwicklung von solarthermischen Kollektoren und Vermessungsanlagen. Der Forschungsschwerpunkt seiner Arbeitsgruppe liegt seit vielen Jahren in dem Bereich energieeffizienter und mit Solarenergie betriebener Entsalzungstechnologien sowie Verfahrenstechnischer Anlagen zur industriellen Abwasserbehandlung, Rückgewinnung von Wertstoffen zur Kreislaufwirtschaft und Gewinnung von Mineralien aus natürlichen Solen. Ab 2019 war der promovierte Ingenieur der Gesamtprojektkoordinator des «BrineMine-Projekts».
Gleichzeitig lasse sich «über den Chemismus auch viel über die Herkunft der Wässer und das Vulkansystem sagen». Das umfangreiche Wissen über die Chemie sei außerdem nötig, um zu sehen, welche «Störstoffe» bei einer Energie- oder Rohstoffgewinnung anfallen könnten, oder wie eine Trinkwasser-
aufbereitung stattfinden könnte.
Zudem haben die Forscher sehr aufwendig Altersdatierungen der Wässer vorgenommen. Der Grund sei: «So kann festgestellt werden, wie schnell das Wasser natürlich nachgebildet wird, um eine umweltschonende Entnahmestrategie zu entwickeln.»
Es wurde auch zu Testzwecken kurzzeitig im Rahmen des Projekts in Puyehue eine Anlage installiert, mit der erfolgreich der entwickelte Prozess zur Gewinnung von Metallen realisiert werden konnte. Valentin Goldberg dazu: «Bei unseren Anlagentests in Puyehue haben wir vulkanische Wässer für eine Rohstoffnutzung aufbereitet. Dabei haben wir den Metallgehalt der Wässer um einen Faktor von 20 erhöht und Störstoffe entfernt. Die Konzentration der Metalle verbessert spätere Extraktionsprozesse und ermöglicht gleichzeitig eine Frischwasserproduktion.»
Außerdem konnte die verwendete Membrandestillation mit der Wärme der vulkanischen Wässer betrieben werden. Zu den dabei anfallenden «Störstoffen» erklärt Valentin Goldberg: «Sie sind zwar ein Hindernis für eine geothermische Energienutzung, sind jedoch keineswegs Abfall. Die angefallenen Silikate und Calciumhydrate könnten wiederum als Ausgangsstoff für zum Beispiel die Zementindustrie oder Wasseraufbereitung dienen.»
Dass das geothermische Potenzial in Chile durchaus nutzbar ist, demonstriert auch das erste im Land erbaute geothermische Kraftwerk Cerro Pabellón mit einer installierten Leistung von 81 MW.
Vier Jahre betrieben die Wissenschaftler im Rahmen des Projekts BrineMine Geothermieforschung in Deutschland und Chile. Joachim Koschikowski erklärt, dass nun alle notwendigen Schritte des Brinemine-Projekts abgeschlossen seien, um mit Geothermalwässern nachhaltig zu arbeiten: «Wir stehen nun in den Startlöchern, um unsere Erkenntnisse in weiteren Projekten umzusetzen.» (Siehe auch Bericht auf Seite 1: «Lithium-Gewinnung aus Thermalwasser: Gigantisches Potential für Chile»
RECUADRO Das «BrineMine-Projekt» Beim deutsch-chilenischen Projekt wurden Technologien und Strategien entwickelt, um aus geothermischen Quellen (Brine Mining) in Chile, Rohstoffe und Trinkwasser auf umweltfreundliche Art zu gewinnen. Mit Hilfe von Membrantechnologie soll die Wärme des Wassers verwendet werden, um in einem geschlossenen System, die mineralischen Rohstoffe und das Wasser durch einen technischen Prozess voneinander zu trennen. Ziel ist es, so neben den Mineralen auch Trinkwasser als wichtige Ressource zu gewinnen. Im Vergleich zu herkömmlichen Verdunstungsverfahren beschleunigen die Membranverfahren die Aufkonzentration der Wässer, sodass effizient und umweltschonend Lithium abgeschieden und Wasser zurückgewonnen werden kann. Das im Jahr 2019 initiierte Projekt wird vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) koordiniert. Weitere Projektpartner neben dem KIT sind die Unternehmen Geothermie Neubrandenburg (GTN) und SolarSpring GmbH membrane solutions in Deutschland sowie Fraunhofer Chile Research (CSET) und das Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (Cega) in Chile. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt mit über 1,5 Millionen Euro.
Fotos: Kit
