Extraktion und Rückgewinnung kritischer Metalle aus industriellem Abwasser (Liquid Mining)

Kurzfassung

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ( BMWE) im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms geförderte Projekt LiquidMining beschäftigt sich mit der Rückgewinnung kritischer Metalle aus industriellen und natürlichen Wässern. Im Projekt werden metallhaltige Wässer systematisch analysiert, eine Sekundärrohstofflandkarte erstellt und ökonomische Potenziale bewertet. Parallel dazu werden verschiedene Extraktions- und Aufbereitungsverfahren entwickelt, geprüft und gemeinsam mit Industriepartnern in den Technikumsmaßstab überführt, bevor eine modulare Pilotanlage zur praxisnahen Demonstration aufgebaut wird. Ziel ist es, die ökologischen und ökonomischen Potenziale der Rohstoffrückgewinnung aus metallhaltigen Wässern umfassend zu erschließen und so eine nachhaltige, kreislauforientierte Rohstoffstrategie für Deutschland und Europa zu unterstützen.

Problemstellung

Die weltweite Nachfrage nach kritischen Metallen steigt seit Jahren deutlich an und wird voraussichtlich weiter zunehmen. Als kritische Metalle werden dabei solche bezeichnet, welche für die Wirtschaft von großer Bedeutung sind und gleichzeitig ein hohes Versorgungsrisiko aufweisen. Dazu zählen Lithium und Seltene Erden sowie beispielsweise Germanium, Indium und Kobalt. Sie sind zentrale Bestandteile moderner Batteriespeicher, leistungsstarker Magnete, Windenergieanlagen und Photovoltaikmodule und somit unverzichtbar für Schlüsseltechnologien der Digitalisierung sowie der Mobilitäts- und Energiewende.

Gleichzeitig ist Deutschland in hohem Maße auf Importe kritischer Metalle angewiesen. Diese Abhängigkeit von Lieferketten außerhalb der EU hat sich in jüngster Zeit zunehmend als problematisch erwiesen, da die Versorgungssicherheit nicht immer gewährleistet ist und Lieferbeziehungen teilweise politischen Interessen der Zulieferländer unterliegen. Eine eigenständige Rohstoffproduktion findet hierzulande kaum statt, da metallische Primärrohstoffe entweder nicht in ausreichenden Lagerstätten vorliegen oder aus wirtschaftlichen Gründen nicht abgebaut werden.

Lösungsansatz

Eine wichtiger Beitrag zur Lösung liegt in der Erschließung bislang ungenutzter Sekundärrohstoffpotenziale. Deutschland verfügt als Industriestandort über zahlreiche Prozesse, in denen kritische Metalle verarbeitet werden und ins Abwasser gelangen können. Obwohl solche Wässer ein beträchtliches Rohstoffpotenzial besitzen, ist die Rückgewinnung vieler Elemente, unter anderem aufgrund fehlender Grenzwerte, bisher kaum erforscht und wird in bestehenden Wertstoffkreisläufen häufig nicht berücksichtigt.

Auch natürliche Wässer, wie Thermal- und Grubenwässer, können erhöhte Metallgehalte enthalten und somit als zusätzliche Quelle dienen. Allerdings ist ihre chemische Zusammensetzung häufig nur unvollständig bekannt, da Untersuchungen meist auf wenige vorgeschriebene Parameter beschränkt sind. Dadurch bleibt das tatsächliche Potenzial dieser natürlichen Rohstoffquellen ebenfalls weitgehend unerfasst.

Projektbeschreibung

Gemeinsam mit den Industriepartnern GEOS Ingenieurgesellschaft mbH und Leiblein GmbH, sowie dem Karlsruher Institut für Technologie, forscht die Universität Augsburg an der Erschließung bislang ungenutzter Rohstoffpotenziale kritischer Metalle in natürlichen und anthropogenen Wässern. Gefördert wird das Projekt im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Förderbereich „Ressourceneffizienz und zirkuläre Wirtschaft“.

Die Basis des Vorhabens bildet die systematische Bewertung von Wässern mit potenziell wertvollen Metallen in Deutschland. Hierzu werden Industrieabwässer analysiert, eine modellhafte Sekundärrohstofflandkarte erstellt und durch die Entwicklung eines Bewertungstools zur Berechnung der Erlöspotentiale durch die Rückgewinnung ergänzt. Dadurch lassen sich Industrien und Metallarten identifizieren, für die ein besonders hoher Nutzen aus der Rückgewinnung zu erwarten ist. Parallel werden unterschiedliche Extraktions- und Aufbereitungsverfahren auf ihre technische und wirtschaftliche Eignung untersucht. Vielversprechende Ansätze werden anschließend gemeinsam mit den Projektpartnern in den Technikumsmaßstab überführt. Ziel ist es, Verfahren zu etablieren, die sowohl effizient als auch flexibel auf unterschiedliche Wässer und Metallkonzentrationen anwendbar sind. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung einer modularen Pilotanlage ein, die eine praxisnahe Erprobung unter realen Bedingungen ermöglicht und zugleich als Demonstrator für industrielle Anwendungen dient. Anschließend folgt eine Bewertung von Wirtschaftlichkeit, Energieverbrauch und Umweltverträglichkeit des modularen LiquidMining Prozesses.

Projektziel

Durch die Kombination aus wissenschaftlicher Analyse, technischer Umsetzung und praxisnaher Demonstration werden im Projekt LiquidMining sowohl die ökologischen als auch die ökonomischen Potenziale der Rückgewinnung kritischer Metalle aus natürlichen und anthropogenen Wässern umfassend untersucht. Damit leistet das Vorhaben einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen, kreislauforientierten Rohstoffstrategie in Deutschland und Europa.