Fast 200 Jahre nach dem Goldrausch in Kalifornien steht den Vereinigten Staaten womöglich ein Lithiumrausch bevor. Weil die Nachfrage nach dem Rohstoff rasant anzieht, versuchen staatliche Geologinnen und Geologen mit Hochdruck herauszufinden, wo sich das begehrte Element in den USA verbirgt.
Im September 2023 meldeten Forschende, die von einem Bergbauunternehmen finanziert wurden, in einem uralten US-Supervulkan einen Fund, der das grösste Lithiumvorkommen überhaupt sein könnte. Im April 2024 berichteten öffentliche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am anderen Ende des Landes über ein weiteres, bislang ungenutztes Reservoir – eines, das nahezu die Hälfte des nationalen Lithiumbedarfs decken könnte.
Dieses Vorkommen steckt im Abwasser aus Pennsylvanias Gas-Fracking.
Lithium als Schlüsselrohstoff der Energiewende in den USA
Lithium ist vermutlich das zentrale Element für den Umstieg der USA auf erneuerbare Energien – vor allem, weil es als bevorzugtes Material für Batterien von Elektrofahrzeugen gilt. Trotzdem existiert in den USA derzeit nur eine Lithium-Mine im grossen industriellen Massstab; aktuell muss das Land daher den benötigten Rohstoff überwiegend importieren.
Im US-Energieministerium (Department of Energy) will man das unbedingt ändern. Bis 2030 soll sämtliches Lithium im Inland produziert werden.
Doch der Ausbau der amerikanischen Lithiumindustrie ist stark umstritten: Bergbau kann Ökosysteme zerstören, giftige Chemikalien freisetzen und zudem in heilige Gebiete indigener Gemeinschaften eingreifen.
Gleichzeitig gelten Lithium-Ionen-Batterien als unverzichtbare Technologie für die globale Energiewende, weil sie Strom aus Wind und Sonne speichern können. Entscheidend ist daher, Lithiumquellen zu finden, die nicht mehr Umweltzerstörung verursachen als nötig – eine wirklich saubere Lösung zu erreichen, ist allerdings komplex.
Pennsylvania, Marcellus-Schiefer und Lithium im Fracking-Abwasser
Pennsylvania liegt auf einer mächtigen Schicht aus Sedimentgestein, dem sogenannten Marcellus-Schiefer, der reich an Erdgas ist. Diese geologische Grundlage entstand vor fast 400 Millionen Jahren durch vulkanische Aktivität; aus Vulkanasche gelangte dabei auch Lithium in das Gestein.
Über sehr lange Zeiträume löste Tiefenwasser das Lithium aus diesen Schichten – gewissermassen werde damit „im Untergrund abgebaut“, wie Justin Mackey, Forscher am National Energy Technology Laboratory in Pennsylvania, es beschreibt.
Mackey und sein Team zeigen nun: Wenn Fracking das Abwasser aus der Tiefe nach oben bringt, enthält es überraschend viel Lithium.
„Wir wussten einfach nicht, wie viel da drin ist“, sagte Mackey im Mai.
Pennsylvania gehört aufgrund seiner Lage zu den führenden US-Bundesstaaten beim umstrittenen Fracking, das zahlreiche Umwelt- und Gesundheitsbedenken ausgelöst hat.
Beim Fracking wird ein L-förmiger Bohrkanal in den Untergrund getrieben, damit Wasser nach unten gepumpt werden kann. Der Druck zwingt tieferliegende Stoffe – darunter Gas – an die Oberfläche.
„Abwasser aus der Öl- und Gasförderung ist ein wachsendes Problem. Im Moment wird es nur minimal aufbereitet und wieder verpresst“, sagte Mackey.
Solche Verfahren könnten wertvolles Lithium vergeuden. Wie die neue Studie nahelegt, könnte eine präzise Erfassung der Lithiumvorräte im Fracking-Abwasser einen zusätzlichen Weg eröffnen, den Abfall sinnvoll zu nutzen.
Datenbasis, Potenzial und offene Umweltfragen
Die regionale Auswertung stützt sich auf Angaben von Öl- und Gasunternehmen, die die in ihrem Abwasser enthaltenen Elemente an staatliche Stellen melden. Mackey und seine Kolleginnen und Kollegen analysierten Daten aus den Jahren 2012 bis 2023, die aus dem Abwasser von 515 Bohrungen in Pennsylvania stammen.
Den Ergebnissen zufolge hat der Marcellus-Schiefer „das Potenzial, auf absehbare Zeit erhebliche Lithiumerträge zu liefern“ – vorausgesetzt, Fracking geht weiter.
Sollte es gelingen, auch nur eine konservativ geschätzte Menge Lithium aus dem Fracking-Abwasser des Bundesstaats zu gewinnen, könnte das nach Berechnungen des Teams mehr als 30 Prozent des aktuellen US-Bedarfs abdecken.
Das klingt vielversprechend. Allerdings sind die möglichen Umweltauswirkungen einer Lithiumgewinnung aus Fracking-Abwasser bislang nicht untersucht – und das Abwasser fällt nur an, wenn Fracking-Aktivitäten fortgesetzt werden.
Um die Klimaziele zu erreichen, dürfte die weltweite Nachfrage nach Lithium in den kommenden Jahrzehnten um 400 Prozent steigen. Wie dieser Bedarf gedeckt wird – und welche neuen Umweltkrisen die jeweiligen Lösungen auslösen könnten – bleibt offen.
Die Studie erschien in Scientific Reports.
Eine frühere Version dieses Artikels wurde im Mai 2024 veröffentlicht.
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