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BrineMine - Forschungsvorhaben

Voruntersuchungen zur Aufkonzentration von geothermalen Solen mit einer Membrandestillations-Testzelle. Quelle: Fraunhofer ISE

Chile ist weltweit eines der Länder mit den umfangreichsten Geothermie-Ressourcen, d.h. dem Potenzial zur Nutzung von Geothermalquellen zur Stromerzeugung oder zur Wärmenutzung. Zugleich ist es eines der trockensten Länder der Erde. Neben der energetischen Nutzung durch Geothermie-Kraftwerke bieten die in Geothermalquellen zutage geförderten Solen häufig auch ein sehr umfangreiches Angebot an verwertbaren Mineralien wie Lithium, Magnesium oder Kalium. Das deutsch-chilenische Projekt BrineMine verfolgt das Ziel, diese geothermalen Solen mittels eines innovativen Verfahrens für die Gewinnung von Wertstoffen und Trinkwasser nutzbar zu machen.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber	BMBF, CLIENT II
Akronym	BrineMine
Titel/ Thema	BrineMine – Gewinnung von Wertstoffen und Trinkwasser aus Geothermalquellen in Chile
Identifikation/ Zuwendungsnummer	033R190A-E
Durchführungszeitraum	01.03.2019 - 28.02.2022
Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag	1.492.714 €
Sonstiges

Wesentliche Forschungsziele

Mineralien- und Frischwassergewinnung aus Geothermalquellen

Die Nutzung der sehr limitierten Frischwasserressourcen im Norden Chiles stellt ein sehr großes Konfliktpotenzial zwischen der indigenen Bevölkerung und vor allem der Bergbauindustrie dar. Die in Chiles umfangreichen Geothermalquellen anfallenden Solen könnten neben ihrer Nutzung als Energiequellen auch zur Frischwassergewinnung verwendet werden, was einen Beitrag zur Entschärfung der zunehmenden Konflikte über die Nutzung der Wasserressourcen leisten könnte. Außerdem enthalten diese Solen häufig verwertbare Wertstoffe. Die Extraktion von Mineralien wie z.B. Lithium, Magnesium, Kalium, Bor oder Gold aus geothermalen Solen ist prozesstechnisch nicht trivial, aber durchaus möglich. In Zukunft ist dies voraussichtlich auch unter entsprechenden Voraussetzungen wirtschaftlich sinnvoll umsetzbar.

Verfahrensentwicklung und erste Umsetzung

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines mehrstufigen Verfahrens zur Mineraliengewinnung aus geothermalen Solen, welches aus einer Vorbehandlungsstufe, einer Umkehrosmose und einer Membrandestillationsstufe besteht. Der innovative Ansatz liegt dabei vor allem im Einsatz der Membrandestillation als thermischem Trennverfahren, das sich für den Einsatz bei sehr hohen Salzkonzentrationen sehr gut eignet. Der thermische Energiebedarf kann dabei unmittelbar aus der Geothermie gedeckt werden.

Dabei wird zunächst Wärme aus der geothermalen Sole ausgekoppelt. Das so abgekühlte und noch relativ schwach konzentrierte Fluid wird anschließend einer Umkehrosmose zugeführt, wo eine Vorkonzentration stattfindet. Gleichzeitig wird hier bereits ein wesentlicher Teil des Frischwassers gewonnen. Das Konzentrat der Umkehrosmose wird dann der Membrandestillation zur weiteren Aufkonzentration bis in den Bereich der Sättigung zugeführt. Im weiteren Verlauf werden Verfahren zur selektiven Feststoffabtrennung untersucht.

Das Projekt gliedert sich inhaltlich in drei Phasen:

In der ersten Phase werden Voruntersuchungen im Feld und Labor vorgenommen. Dazu zählen die Probennahme und Analyse verschiedener geothermaler Solen sowie Versuche im Labor mit künstlichen und realen Solen zur Untersuchung des thermisch und konzentrationsinduzierten Scalings.
In der zweiten Phase wird eine Demonstrationsanlage entwickelt und gebaut. Dafür werden potenzielle Demonstrationsstandorte exploriert sowie das Engineering der Demonstrationsanlageneinbindung durchgeführt. Außerdem wird die prozesstechnische Auslegung des Demonstrationssystems durchgeführt und schließlich die Demonstrationsanlage konstruiert und gebaut.
In der dritten Phase wird die Demonstrationsanlage zunächst in Santiago in einem Technikum in Betrieb genommen und anschließend an den Demonstrationsstandort überführt und dort betrieben. Die Betriebsergebnisse werden analysiert und ausgewertet.

Über alle drei Projektphasen hinweg werden anhand der Soleanalysen, aktueller und perspektivischer Rohstoffpreise sowie geplanter Investitions- und Betriebskosten der Gewinnungsanlagen Modelle für die Kommerzialisierung entwickelt.

Erprobung der Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeitsanalyse

Das Projekt BrineMine soll zwei wesentliche Erkenntnisse liefern: Zum einen soll die technische Umsetzbarkeit des neu entwickelten Prozesses erprobt, demonstriert und bewertet werden. Zum anderen soll geklärt werden, ob und unter welchen technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen die Gewinnung von Mineralien aus Geothermalquellen sinnvoll sein kann und in welchem Maße sie zukünftig den konventionellen Bergbau ergänzen könnte. Eine wichtige Rolle kann hierbei auch die Frischwassergewinnung spielen. Weiterhin soll das Projekt die interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit zwischen deutschen und chilenischen Geohydrologen, Verfahrenstechnikern, Geothermie-Unternehmen und Anlagenbauern initiieren sowie die Basis für eine langfristige Kooperation bilden. Ein Industrieworkshop in Santiago nach 18 Monaten soll erste Ergebnisse zeigen und das Interesse der Industrie an der BrineMine-Technologie wecken.