Unter Mineralkoproduktion versteht man die Extraktion und Gewinnung von nutzbaren Mineralen, wie Metallen, aus dem Thermalwasser einer Geothermieanlage.
Im Vordergrund steht hier heute Lithium Li, für das ein hoher Bedarf im Zusammenhang mit der Elektromobilität prognostiziert wird. Denkbar ist aber auch die Gewinnung vieler anderer Rohstoffe. Die Extraktionsmethoden sind dabei sinnvoll in die geothermische Nutzung zu integrieren.
Siehe auch CHPM2030 - Forschungsvorhaben.
Die USA geben an, alleine an der Lokation Salton Sea mehr als die Häfte der derzeitigen (2019) Welt- Litiumproduktion aus geothermischen Solen bestreiten zu können. Frankreich gibt an, aus 5 Dubletten im Oberrheingraben etwa die Hälfte des derzeitigen französischen Lithiumbedarfs decken zu können. Für den deutschen Teil der ORG wird Ähnliches gelten. Das Thermalwasser im ORG enthältt 150-150 mg/l Lithium.
In Deutschland wurden in bestimmten Regionen erhöhte Lithiumgehalte in hydrothermalen Fluiden festgestellt:
Oberrheingraben (zwischen Basel und Frankfurt): Hier wurden bis zu 200 Milligramm Lithium pro Liter (mg/L) Thermalwasser gemessen.
Norddeutsches Becken (NDB): Tiefenwässer der Rotliegend Formation zeigen Gehalte von bis zu 350 mg/L.
Bei der Lithium-Koproduktion wird die Gewinnung des Lithiums mit der Nutzung der geothermischen Energie kombiniert:
Förderung: Das heiße Thermalwasser (Fluid) wird aus großer Tiefe (z.B. 3.500 bis 4.500 Meter) an die Oberfläche gepumpt.
Energiegewinnung: Zuerst wird die thermische Energie des Fluids zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung (Geothermieanlage) genutzt.
Lithium-Extraktion: Nach der Energiegewinnung wird das Lithium mithilfe spezieller Extraktionsverfahren aus dem abgekühlten Fluid abgetrennt.
Technologie: Häufig kommen dabei Sorptionsprozesse zum Einsatz, bei denen das Lithium an spezielle Adsorbentien gebunden wird.
Rückführung: Das Fluid, dem das Lithium entzogen wurde, wird anschließend, wie im Geothermiebetrieb üblich, wieder in den Untergrund verpresst.
In Deutschland laufen verschiedene Forschungsprojekte, um die Extraktionstechnologien zu testen und das Potenzial zu bewerten:
Projekte (z.B. UnLimited, Li+Fluids): Diese Verbundvorhaben untersuchen die Anwendbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Lithiumextraktion an realen Geothermie-Standorten, wie beispielsweise im Geothermiekraftwerk Bruchsal (Oberrheingraben) oder an der Forschungsbohrung Horstberg (Norddeutsches Becken).
Ziel: Die Forschung zielt darauf ab, standortspezifische, technisch umsetzbare und ökologisch vertretbare Verfahren zu entwickeln, um eine wirtschaftliche Produktion zu ermöglichen.
In mehreren Geothermieanlagen wird dem Thermalwasser CO2 entnommen und einer industriellen Nutzung zugeführt.
Bei Landsvirkjun, Island sieht man Kieselsäure sowohl als Herausforderung als auch als Ressource. Eine Herausforderung in dem Sinne, dass Kieselsäure chemische Herausforderungen wie Ablagerungen im Produktionskreislauf von Geothermiekraftwerken verursachen kann. Eine Ressource in dem Sinne, dass man Chancen in der Nutzung von Kieselsäure aus der geothermischen Flüssigkeit sieht. GeoSilica Iceland hat eine Technologie entwickelt, um Kieselsäure aus der Flüssigkeit zu isolieren, um z.B. Nahrungsergänzungsmittel und Düngemittel auf nachhaltige Weise herzustellen.
Heißes, mineralreiches Wasser aus tiefen Erdschichten, das in Geothermieanlagen zur Energieerzeugung genutzt wird, kann gelöstes Gold und andere Metalle transportieren.
Löslichkeit und Transport: Gold ist in den heißen, oft sauren und schwefelhaltigen Fluiden in der Tiefe löslich. Beim Aufsteigen und Abkühlen der Fluide kann es zu einer Ausfällung des Goldes kommen.
Ausscheidung: Die Ausscheidung erfolgt häufig als kolloidale Suspension oder als Nanopartikel bei Änderungen der Temperatur und des Drucks (z. B. beim Aufstieg in die "Boiling Zone" oder im Bohrloch) oder durch Wechselwirkungen mit dem Gestein.
Vorkommen: Ungewöhnlich hohe Goldkonzentrationen im Tiefenwasser wurden beispielsweise im geothermischen System von Reykjanes auf Island nachgewiesen.
Die primäre Nutzung der geothermischen Fluide ist die Wärme- und Stromerzeugung. Die Goldgewinnung würde als sekundärer Prozess (Koprodukt) erfolgen, ist aber komplexer und seltener wirtschaftlich als die Gewinnung anderer Stoffe.
Herausforderungen: Obwohl in den Reservoirs hohe Konzentrationen vorhanden sein können, ist die Konzentration des Goldes in den an der Oberfläche entnommenen Fluiden oft sehr gering (nahe der Nachweisgrenze), was die Extraktion schwierig und teuer macht..
Forschung: Die Forschung befasst sich weiterhin mit der Optimierung von Extraktionsverfahren (z.B. Membranprozesse oder Adsorptionstechniken), um die wirtschaftliche Machbarkeit der Gewinnung von Rohstoffen wie Gold oder Lithium aus den heißen Tiefenwässern zu verbessern.
Gold ist geologisch in geothermischen Fluiden vorhanden und kann sich in den Reservoirs anreichern, aber seine wirtschaftliche Gewinnung als Koprodukt ist aufgrund der oft niedrigen Konzentrationen an der Oberfläche und des hohen Aufwands im Vergleich zur Extraktion von Lithium derzeit weniger verbreitet.
Bei Erdöl und Erdgas wurden diese Rohstoffe Jahrzehnte aus natürlichen Vorkommen gefördert bevor damit begonnen wurde, sie künstlich herzustellen (E-Fuels). Bei Wasserstoff ist die Entwicklung umgekehrt. Der derzeitge (2026) Wasserstof-Boom bezieht sich auf künstlich hergestellten Wassersoff sei es nun grauer oder grüner. Natürlich vorkommender, geologischer oder weißer Wasserstoff wird derzeit noch kaum beachtet und seine globale Exploration steckt noch in den Kinderschuhen. Es ist abzusehen, dass mit weißen Wasserstoff der globale Bedarf viele Jahrzehnte befriedigt werden kann und das zu Kosten, die weit unterhalb der Kosten für künstlich hergestelltem Wasserstoff liegen. Eine Besonderheit ist auch die rezente kontinuierliche Neubildung von Wasserstoff im Tiefenreservoir im geeigneten Gestein bei Anwesenheit von Wasser und ausreichenden Temperaturen (Stimulation).
Eine Koproduktion von Erdwärme und weißem Wasserstoff bietet sich an, da so der Energiebedarf der Anlage voll erneuerbar gedeckt werden kann. Zudem hebt es die Gesamtanlage rechtlich in den Bereich herausragenden öffentlichen Interesses.
Neben Wasserstoff könnte auch Helium interessant sein. Diese Koproduktion wird dann auch als Triple-H (Heat, Hydrogen, Helium) bezeichnet.
Auch bei der Förderung von Erdöl und Erdgas kann die Erdwärme mitgenutzt werden. Allerdings wird hier die Förderung der Kohlenwasserstoffe das Primärziel sein, so dass man eher von einer Koproduktion der Wärme reden kann.
Teilweise Gemini, überarbeitet
https://geothermics.agw.kit.edu/brinemine.php
https://www.youtube.com/watch?v=VnDtQg3bN_Q
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Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank.
Weitere Literatur siehe:
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