Nachhaltigkeit
Besitzt Arkansas die Antwort auf unsere Lithiumbedürfnisse?
Die Bedeutung der Lithiumversorgung
Lithium ist aufgrund des Aufstiegs von Elektrofahrzeugen und erneuerbarer Energien sowie der damit verbundenen enormen Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu einer sehr wichtigen Ware geworden. Die Nachfrage wird voraussichtlich bis 2030 exponentiell ansteigen, was die derzeitige Nachfrage von 1.189.000 MT Lithiumcarbonatäquivalent (LCE) im Vergleich dazu gering aussehen lässt.
Quelle: Statista
Obwohl Lithium-Ionen vielleicht eines Tages eine etwas veraltete Technologie werden, wird Lithium wahrscheinlich ein wichtiger Bestandteil der Batteriechemie bleiben, insbesondere wenn Lithium-Metall-Festkörperbatterien mainstream werden.
Dieses Nachfragemuster hat zu volatilen Lithiumpreisen geführt, mit Engpässen, die zu großen Preisspitzen und anschließenden Einbrüchen führen.
Quelle: Carbon Credit
Es hat auch die Sicherung der Lithiumversorgung zu einem strategischen Anliegen gemacht, insbesondere da immer mehr Branchen auf eine stabile Lithiumbatterieversorgung angewiesen sind, von Stromversorgern bis hin zu Automobilherstellern.
Derzeit stammen die meisten Batterien und raffiniertes Lithium aus China. Das Mineral selbst wird hauptsächlich in dem “Lithium-Dreieck” (Chile, Argentinien, Bolivien), China und Australien abgebaut.
Quelle: Progress in Natural Science
Die Lithiumproduktion in Nordamerika war trotz großer Ressourcen eher langsam. Diese Ressourcen haben sich nun als noch größer erwiesen, mit massiven Lithium-Lagerstätten, die in Arkansas entdeckt wurden. Diese Entdeckung wurde von Forschern der US Geological Survey, der Arkansas Department of Energy and Environment, durchgeführt und in Science Advances unter dem Titel “Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning” veröffentlicht.
Ein neues Lithium-Dreieck?
Das Lithium-Dreieck ist eine Grenzzone in Südamerika zwischen drei Ländern, die massive Mengen an lithiumreichen Solequellen enthält, aus denen ein großer Teil des weltweiten Lithiums stammt.
Die USA scheinen ihr eigenes Lithium-Dreieck an der Kreuzung von Arkansas, Texas und Louisiana zu haben.
Quelle: Science Advances
Und die Entdeckung ist massiv, mit dem Potenzial, die geschätzten US-Lithium-Ressourcen über Nacht zu verdoppeln.
Unter Verwendung dieser vorhergesagten Lithiumkarten mit Reservoirparametern und geologischen Informationen berechneten wir, dass es in den Smackover-Formation-Solequellen im südlichen Arkansas 5,1 bis 19 Millionen Tonnen Lithium gibt, was 35 bis 136 % der aktuellen US-Lithium-Ressourcenschätzung entspricht.
Wie wurde es gefunden?
Es war bereits bekannt, dass die Öl- und Gas-Lagerstätten in der Region auch reich an Solequellen mit Bromid und Lithium waren. Allerdings konnten frühere Analysen nur einen Hinweis auf den Lithiumgehalt an der Solequellen-Ort geben, mit einem weiten Bereich von Ergebnissen, von 0,08 bis 1700 mg/l.
Die Forscher setzten daher eine AI-Analyse ein, um alle bekannten Messungen und die geologischen Daten der Region zusammenzuführen. Da die Region aufgrund der Öl- und Gas-Produktion umfassend erkundet wurde, ist ihre Untergrundstruktur ziemlich gut dokumentiert.
In dieser Studie verwenden wir veröffentlichte und neu gesammelte Brine-Lithiumkonzentrationsdaten, um ein Machine-Learning-Modell zu trainieren und eine räumlich kontinuierliche Karte des vorhergesagten Lithiums in Smackover-Formation-Solequellen im südlichen Arkansas unter Verwendung geologischer, geochemischer und Temperatur-Erklärungsvariablen zu erstellen.
Diese Analyse wies darauf hin, dass eine Stelle, die Smackover-Formation, viel vielversprechender war als die anderen.
Quelle: Science Advances
Vorhersage des Lithiumgehalts
Die AI-gesteuerte Analyse konnte den wichtigsten vorhergesagten Faktor ermitteln, der zur Anwesenheit von Lithium oder nicht führt:
- Konzentrationen von gelöstem Schwefelwasserstoff (H2S).
- Tiefe der Solequellen-Probe
- Höhe der Smackover-Formation
- Dicke der Smackover-Formation
Quelle: Science Advances
Je nach niedrigsten und höchsten Schätzungen für Brine-Volumen und Lithiumkonzentration kann die insgesamt verfügbare Menge in der Smackover-Formation wie folgt sein:
- 1 Million Tonnen (niedriges Lithium, niedriges Volumen).
- 11 Millionen Tonnen (mittleres Lithium, mittleres Volumen).
- 11 Millionen Tonnen (hohes Lithium, hohes Volumen).
Quelle: Science Advances
Lithium als Nebenprodukt
Einige dieser Solequellen sind bereits an die Oberfläche gebracht worden, als Ergebnis der Ausbeutung für Bromproduktion oder als Nebenprodukt der Öl- und Gas-Produktion.
Insgesamt wurden etwa 5000 Tonnen oder weniger als 0,1 % der verfügbaren Lithium-Ressourcen in der Smackover-Formation an die Oberfläche gebracht, innerhalb von Solequellen als Abfallströme der Öl-, Gas- und Bromindustrie.
Dies stellt einen kleinen Prozentsatz der gesamten Ressource dar, würde aber immer noch ausreichen, um den Lithiumverbrauch der USA im Jahr 2022 abzudecken, und verdeutlicht das Potenzial dieser Ressource.
Und “Big Oil” schaut auf das Potenzial, seine Expertise im Bohren in der Region zu nutzen, mit Plänen von Exxon für das Bohren eines “Lithium-Bohrlochs”.
Direct Lithium Extraction (DLE)
Eine neue dritte Lithium-Extraktionstechnologie
Derzeit wird Lithium hauptsächlich mit zwei verschiedenen Methoden produziert.
Die erste Methode besteht darin, lithiumreiches Gestein wie Spodumen zu zerkleinern, das die Art von Lithium ist, die Australien produziert.
Die zweite Methode ist die Verwendung von Sonnenenergie in großen Verdunstungsbecken, um Solequellen zu verdunsten. Diese Methode ist sehr kosteneffizient, verbraucht aber auch viel Wasser, fängt nur 50 % des verfügbaren Lithiums ein und verursacht erhebliche Umweltverschmutzung.
