Der weltweite Hunger nach Lithium lenkt immer mehr industrielle Aktivitäten auf eine der bekanntesten Salzflächen der Erde – einen Ort, der seit langem für seine Schönheit und Abgeschiedenheit geschätzt wird.
Neue Befunde deuten darauf hin, dass die Förderung dieses Metalls unauffällig toxische Risiken verstärken kann – mit Folgen, die deutlich über das eigentliche Abbaugebiet hinausreichen.
Salar de Uyuni unter Druck
Unter dem Salar de Uyuni, einer Salzpfanne in Bolivien, befindet sich das grösste bekannte Lithiumvorkommen der Welt. Um Material für die Batterieproduktion bereitzustellen, wird dort extrem salzhaltiges Grundwasser gefördert und anschliessend konzentriert.
Auf dem bolivianischen Hochplateau teilen sich heute Tourismus und frühe Bergbauaktivitäten den Salar de Uyuni – in einer Landschaft, in der Regen den Salzboden für kurze Zeit in spiegelnde Flächen verwandelt.
Geleitet wird die Arbeit von Dr. Avner Vengosh, der untersucht, wie sich Metalle in Wasser in Bergbau- und Energieregionen verlagern.
An der Duke University bewertet sein Team chemische Risiken, bevor grosse Vorhaben hochskaliert werden – darunter auch neue Lithiumprojekte.
„Der Salar ist ein magischer Ort für Reisende aus aller Welt, die kommen, um die Farben, die Reflexionen in dieser endlosen weissen Landschaft zu sehen“, merkte Dr. Vengosh an.
Verdunstungsbecken erleichtern die Lithiumgewinnung
Betreiber fördern Sole – salziges, mineralreiches Grundwasser – aus Schichten in Tiefen von bis zu 50 Metern und leiten sie anschliessend in Becken.
Sonne und Wind entziehen Wasser: Unerwünschte Salze kristallisieren aus, während das gelöste Lithium von Becken zu Becken stärker angereichert wird.
Die Endkonzentrate werden in eine Anlage gebracht, die daraus Lithiumcarbonat herstellt – ein Pulver, das in vielen Batterien eingesetzt wird. Übrig gebliebene Solen verbleiben am Standort.
Ein Bericht der Internationalen Energieagentur prognostiziert, dass die Lithium-Nachfrage bis 2040 um mehr als das 40-Fache ansteigen wird.
Fokus der Forschung
In der Duke-Studie verfolgte das Team Wasser- und Abfallströme aus einem Pilotbetrieb – vom Ausgangsmaterial (Rohsole) bis zum Ende der Verarbeitung in der Anlage.
Mithilfe von Laboranalysen wurden Säuregrad und Spuren sehr kleiner Metall- und Salzanteile bestimmt, um zu verstehen, wie sich die Chemie entlang der Prozesskette verändert.
Für die Untersuchung wurden natürliche, aus dem Untergrund geförderte Sole, Sole aus acht Becken sowie Abwasserströme aus der Verarbeitungsanlage beprobt.
Natürliche Sole bleibt nahe am Neutralpunkt und enthält Arsen – ein toxisches Element, das Nerven und Organe schädigt – in Konzentrationen von 1 bis 9 Teile pro Million (ppm).
Mit der Konzentration steigt die Säure
Mit zunehmender Konzentration bleibt in jedem Becken weniger Volumen zurück, während mehr gelöste Stoffe enthalten sind – das Wasser wird dadurch aggressiver.
Die Messungen zeigen, dass der pH-Wert, also die Skala zur Einordnung der Säure, in der am stärksten konzentrierten Sole auf etwa 3,2 sinkt.
In den Tests nähert sich die Sole einer Konzentration von rund 36 Prozent (Gewichtsanteil) an in Wasser gelösten Salzen.
Die begleitende Versauerung kann beeinflussen, welche Minerale ausfallen – und sie kann zudem einschränken, wo Abfallflüssigkeiten gelagert oder abgegeben werden dürfen.
Arsenwerte steigen in den Becken stark an
Im Verlauf der Beckenfolge wird Arsen zum grössten Warnsignal, weil das Metall in Lösung bleibt.
Im letzten Becken erreichte Arsen nahezu 50 Teile pro Million (ppm) – ein Wert, der im Salzpfannen-Bergbau deutlich hervorsticht.
„Dieses Arsenniveau ist extrem hoch“, sagte Dr. Vengosh, nachdem seine Gruppe Proben aus jedem Becken miteinander verglichen hatte.
Jede Leckage oder auch eine absichtliche Einleitung kann das hochkonzentrierte Metall über die Salzkruste verteilen – dort, wo Vögel und Insekten nach Nahrung suchen.
Nahrungsketten speichern die Belastung
Tiere rund um Salzflächen leben häufig von kleinen Krebstieren und Algen; dadurch können Schadstoffe in die Nahrungskette gelangen.
Bioakkumulation, also die Anreicherung von Chemikalien in Organismen über die Zeit, kann die innere Dosis erhöhen – selbst dann, wenn die Wasserwerte zunächst nicht dramatisch wirken.
Labortests zeigten, dass Artemia franciscana Arsenkonzentrationen bis zu 8 Teile pro Million (ppm) tolerierte, während höhere Werte das Überleben zu verringern begannen.
Da Flamingos sich von Salinenkrebsen ernähren, kann ein Einbruch an der Basis der Nahrungskette das Nahrungsangebot für Vögel auf dem Salar ausdünnen.
Abwasserentsorgung ist nicht unkompliziert
Die Verarbeitungsanlage erzeugt eigene Abwasserströme, deren chemisches Profil nicht mit dem der Becken-Solen übereinstimmt.
Einige Ströme weisen einen hohen pH-Wert um 10 auf; diese Alkalität kann verändern, ob Metalle gelöst bleiben oder ausfallen.
Im Vergleich zu Becken-Solen enthält das Anlagenabwasser weniger Arsen und Bor – ein Element, das Pflanzen bei hohen Dosen schädigen kann.
Die Rückverpressung verbrauchter Sole oder von Abwasser aus der Lithiumverarbeitung in den Untergrund kann problematisch werden, etwa durch Verstopfung unterirdischer Strömungswege oder durch Verdünnung des verbleibenden Lithiums.
Das Ökosystem stabil halten
Das Fördern grosser Solemengen kann zu Bodensenkungen führen – einem langsamen Absinken des Untergrunds, wenn Flüssigkeiten entzogen werden – und sich über Salzpfannenbecken hinweg auswirken.
Ein dreidimensionales Modell des Salar de Atacama bringt Soleförderung mit Grundwasserstandsänderungen in Verbindung, die sich über die Produktionszone hinaus ausbreiten.
Solche Absenkungen können nahegelegene Feuchtgebiete und flache Brunnen austrocknen, insbesondere dort, wo Süsswasser dicht am salzhaltigen Aquifer liegt.
Forschende schlagen vor, verbrauchte Sole mit Abwasser zu vermischen, um die natürliche Solechemie besser zu treffen – allerdings müssen entsprechende Tests noch folgen.
Die Zukunft der Energiesicherheit
Rund um die Salzfläche leben indigene Gemeinschaften; ihre Brunnen und Weideflächen sind in einem trockenen Klima auf knappe Wasserressourcen angewiesen.
Entweicht Bergbauabwasser aus der Eindämmung, können Metalle in Trinkwasservorräte oder in Wildtiere gelangen und später über Nahrung und Staub auch Menschen erreichen.
Ein parallel laufendes Projekt von Duke-Forschenden bewertet Auswirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden und ergänzt dies durch ein chemisches Monitoring von Wasser in der Nähe der Gemeinden.
„Wir sehen Lithium als die Zukunft für Energiesicherheit, daher versuchen wir, es aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren, um eine nachhaltige Entwicklung und Versorgung sicherzustellen“, sagte Dr. Vengosh.
In der Gesamtschau zeigt die Chemie, dass die Anreicherung von Lithium zugleich Säure und Metalle mit anreichert – damit wird die Kontrolle von Abfällen zu einer zentralen Frage der Anlagenplanung.
Bessere Eindämmung, sorgfältig angelegte Rückverpressungsversuche und eine transparente Überwachung gemeinsam mit den Gemeinden können Schäden begrenzen – jedoch nur, wenn die Expansion konsequent an Daten gebunden bleibt.
Informationen aus einer Online-Veröffentlichung der Duke University.
Bildnachweis: NASA
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