De nieuwe 'goldrush' voor groen lithium (2024)

Cornwall, 1864. Een warmwaterbron wordt bijna 450 meter onder de grond ontdekt in de Wheal Clifford, een kopermijn net buiten het mijnstadje Redruth. Glazen flessen worden tot aan hun nek ondergedompeld in het borrelende water, zorgvuldig afgesloten en opgestuurd om te testen. Het resultaat is de ontdekking van zo'n grote hoeveelheid lithium - acht of tien keer zoveel per gallon als was gevonden in een eerder geanalyseerde warmwaterbron - dat wetenschappers vermoeden dat "het van grote commerciële waarde kan blijken te zijn".

Maar het 19e-eeuwse Engeland had weinig behoefte aan het element, en dit 50C (122F) lithiumrijke water bleef meer dan 150 jaar in het donker wegstomen.

Snel vooruit naar de herfst van 2020, en een locatie in de buurt van de Wheal Clifford inVan Cornwall is bevestigd dat het enkele van 's werelds hoogste niveaus van lithium in geothermische wateren heeft.Het commerciële gebruik van lithium in de 21e eeuw kan niet duidelijker zijn. Het zit niet alleen in smartphones en laptops, maar is nu van vitaal belang voor de overgang naar schone energie, voor de batterijen die elektrische voertuigen aandrijven en energie opslaan, zodat duurzame energie gestaag en betrouwbaar kan worden vrijgegeven.

De lithiumrijke wateren die diep onder het oppervlak stromen, zijn al meer dan een eeuw bekend - maar ze beginnen pas te worden afgetapt (Credit: Cornish Lithium)

De vraag is de afgelopen jaren enorm gestegen doordat autofabrikanten overgaan op elektrische voertuigenveel landen, waaronder het Verenigd Koninkrijk, Zweden, Nederland, Frankrijk, Noorwegen en Canadaeen uitfasering van auto's met verbrandingsmotor aankondigen. In werkelijkheid,vijf keer meer lithium dan momenteel wordt gewonnen, zal nodig zijn om tegen 2050 de wereldwijde klimaatdoelstellingen te halen, aldus de Wereldbank.

Maar er is één groot probleem. Het op conventionele wijze verkrijgen van lithium eist zijn eigen tol voor het milieu, of liever drie: koolstofemissies, water en land.

Misschien vind je dit ook leuk:

• De zeldzame planten die nikkel 'bloeden'
• De nieuwe brandstof komt uit Saoedi-Arabië
• Het futuristische vrachtschip van hout

Lithium wordt momenteel voornamelijk gewonnen uit hardsteenmijnen, zoals die in Australië, of ondergrondse pekelreservoirs onder het oppervlak van opgedroogde meerbeddingen, meestal in Chili en Argentinië. Mijnbouw van hard gesteente – waarbij het mineraal wordt gewonnen uit dagbouwmijnen en vervolgens geroosterd met fossiele brandstoffen – laat littekens achter in het landschap, vereist een grote hoeveelheid water en geeft 15 ton CO2 vrij voor elke ton lithium, volgens een analyse van de grondstoffenexperts Minviro voor het lithium- en aardwarmtebedrijf Vulcan Energy Resources. De andere conventionele optie, het winnen van lithium uit ondergrondse reservoirs, is afhankelijk van nog meer water om het lithium te winnen - en het vindt plaats in typisch zeer waterschaarste delen van de wereld, waardoor inheemse gemeenschappen hun duurzaamheid in twijfel trekken.

De winning van lithium uit geothermische wateren – die niet alleen in Cornwall, maar ook in Duitsland en de VS worden gevonden – heeft in vergelijking daarmee een kleine ecologische voetafdruk, waaronder een zeer lage koolstofemissie.

Het adviesbureau Minviro ontdekte dat geothermische lithiumwinning met een methode die wordt gebruikt bij de firma Vulcan Energy Resources minder impact op het milieu had (Credit: Leonardo Soares/BBC)

De vraag naar lithium met een lagere ecologische voetafdruk lijkt terrein te winnen. Er zijn tekenen dat autofabrikanten, waaronder Mercedes-Benz en Volkswagen, beginnen na te denken over de ecologische en sociale impact van hun toeleveringsketen voor elektrische voertuigen, zegt Alex Keynes, manager schone voertuigen bij de in Brussel gevestigde campagneorganisatie Transport en Milieu. Het gebruik van lithium dat al in omloop is - van gerecyclede batterijen en elektronica - verdient de voorkeur boven meer te ontginnen, zegt Keynes. "Gezien de enorme vraag die we de komende jaren waarschijnlijk zullen zien, [het] zal betekenen dat we wat extractie nodig hebben, en het terugwinnen van lithium uit geothermische pekel ziet er veelbelovend uit", zegt Keynes.

De ontdekking van lithium in 1864 zou eindelijk vruchten kunnen afwerpen. Cornish Lithium, een bedrijf dat in 2016 is opgericht door voormalig investeringsbankier Jeremy Wrathall, werkt aan plannen om potentieel aanzienlijke lithiumbronnen te winnen uit de pekel in de beroemde mijnen in de regio bij Redruth.

Het heeft twee hoofdlocaties in ontwikkeling - een bevindt zich in een diepe geothermische centrale, waar het samenwerkt met de energieontwikkelaar Geothermal Engineering. Het energiebedrijf is al van plan om koolstofvrije warmte en stroom te produceren uit hetzelfde warme water dat het lithium bevat, 5,2 km (3,2 mijl) ondergronds bij het United Downs Deep Geothermal Power Project. Het water op deze locatie heeft ook een laag gehalte aan natrium- en magnesiumverbindingen, wat een veelbelovend teken is, aangezien deze mineralen de winning van lithium moeilijker en duurder maken. In augustus kreeg het project £ 4 miljoen ($ 5,3 miljoen) steun van de Britse regering, waardoor de komende jaren een pilot-lithiumextractiefabriek kan worden gebouwd.

Grote hoeveelheden lithium komen momenteel uit reservoirs in Zuid-Amerika, maar deze methode is waterintensief (Credit: Getty Images)

De tweede locatie voor geothermisch lithium bevindt zich naast het United Downs-project en er worden momenteel beoordelingen uitgevoerd van het potentieel voor lithiumwinning op een geringere diepte van ongeveer 1 km (0,6 mijl). Het bedrijf onderzoekt ook de mogelijkheden om lithium te winnen uit granietgesteente in de China Clay-regio van Cornwall, in de buurt van St Austell.

De winning van lithium uit de geothermische wateren van Cornwall is mogelijk gemaakt door technologische vooruitgang in zowel exploratie als winning, zegt senior geoloog Lucy Crane van Cornish Lithium.

Het team gebruikt verschillende gegevensbronnen om de meest waarschijnlijke locaties van het lithium te identificeren. "Cornwall heeft een verbazingwekkend mijnbouwerfgoed dat 4500 jaar teruggaat, wat betekent dat er ontzettend veel informatie is over de ondergrond", zegt ze.

Sommige historische kaarten zijn met de hand geschilderd op grote stukken perkament (dierenhuid die historisch werd gebruikt om op te schrijven). De archivarissen van Cornish Lithium maken er foto's van en naaien het digitaal aan elkaar zodat de geologische informatie in 3D kan worden vastgelegd. Dat maakt het mogelijk gegevens uit de jaren 1860, 1900 en 1960 te combineren en te overlappen met moderne informatie van satellieten en drones.

"Dit is een heel krachtige manier om datasets te combineren en stelt je in staat om efficiënt te richten waar je ter plaatse wilt verkennen", zegt Crane. “Als we dan gaan boren, zijn we er zo zeker van dat we iets zullen vinden. Dat is economisch beter, maar minimaliseert ook de milieu-impact van het exploratieproces.”

Lithium-ionbatterijen worden onder meer gebruikt om elektronische apparaten van stroom te voorzien en energie op te slaan die is opgewekt uit wind- en zonne-energie (Credit: Getty Images)

Technologische vooruitgang helpt ook om lithium uit pekel te winnen. Het team is van plan om een ​​techniek genaamd Direct Lithium Extraction (DLE) te gebruiken, die is ontwikkeld door verschillende bedrijven in de VS, Duitsland en Nieuw-Zeeland.

Er zijn maar liefst 60 varianten van DLE-technologie, volgens Jade Cove, een in San Francisco gevestigd adviesbureau dat nieuwe mijnbouw- en energietechnologie volgt. Maar het basisproces omvat het gebruik van technieken zoals nanofiltratie of ionenuitwisselingsharsen - die werken als een chemische zeef om selectief alleen lithiumchloride te verzamelen (de belangrijkste vorm waarin het lithium in de pekel wordt aangetroffen), waardoor andere zouten in het water achterblijven. Het lithiumchloride wordt uit de zeef gehaald door bijvoorbeeld de harsparels met zuiver water te wassen en het resterende water via boorgaten weer in de grond te injecteren. Het lithiumchloride wordt vervolgens gezuiverd en geconcentreerd om lithiumhydroxide te produceren, dat wordt gebruikt om batterijen te maken.

Maar dit is niet de enige manier om lithium uit geothermische pekel te halen. In de VS doet William Stringfellow, directeur van het Ecological Engineering Research Program aan het Lawrence Berkeley National Laboratory in de VS, onderzoek voor het Amerikaanse ministerie van Energie naar de verschillende methoden om lithium uit pekel te halen. Een benadering is om lithium uit pekel te halen met behulp van oplosmiddelen die zijn ontworpen om lithiumionen te verzamelen, terwijl andere het gebruik van membranen omvatten die alleen lithiumionen doorlaten, en elektrochemische scheiding, waarbij lithiumionen naar geladen elektroden worden getrokken.

"Dus DLE zal niet noodzakelijkerwijs de enige technologie zijn, maar het is de eerste die wordt toegepast", zegt Stringfellow.

Elke methode heeft één belangrijk struikelblok om te navigeren: alleen lithium uit het water halen. "Er zitten veel andere materialen in de pekel die mogelijk het lithiumextractieproces verstoren [zoals natrium en magnesium], dus je moet die onder controle houden en verwijderen", zegt Stringfellow.

De VS en Duitsland zijn ook broeinesten van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van geothermische lithiumwinning. Het gebied rond de Salton Sea, een ondiep meer in het centrum van Californië en het op een na grootste geothermische veld in de VS, wordt ook wel de "lithiumvallei" genoemd. De California Energy Commission heeft geschat dat het veldzou kunnen voorzien in 40% van de wereldwijde vraag naar lithium.

Inonderzoek gepubliceerd in maartdit jaar voorspelde de commissie de lithiumcarbonaatvoorziening van de regio op meer dan 600.000 ton per jaar, wat $ 7,2 miljard (£ 5,3 miljard) per jaar zou kunnen genereren tegen ongeveer $ 12.000 (£ 8.885) per ton. De hoop is dat lithiumwinning niet alleen een schonere, binnenlandse bron van lithium voor batterijen kan opleveren, maar ook de economie van hernieuwbare energieproductie uit geothermische bronnen aanzienlijk kan verbeteren, die momenteel slechts 6% van de elektriciteit in Californië produceren en duur zijn om te ontwikkelen.

"Iedereen heeft veel sterren in hun ogen, het is net een nieuwe goudkoorts", zegt Stringfellow. "Het is een economisch achtergebleven gebied, dus mensen zijn erg enthousiast over het feit dat als ze lithium gaan gebruiken, dit tot een economische bloei zou leiden."

Grootschalige duurzame opwekking vereist ook grootschalige energieopslag om gestaag van energie te kunnen voorzien (Credit: Getty Images)

Er is een soortgelijke verwachting in Duitsland, waar het Rijndal het centrum is van de ontluikende geothermische lithiumindustrie van het land. Vulcan Energy Resources is van plan hete geothermische pekel naar de oppervlakte te pompen en de warmte te gebruiken om het lithiumextractieproces aan te drijven, en overtollig terug te voeren naar het net.

In november maakte Vulcan Energy Resources bekenddat de hoofdvestiging aanzienlijke reserves had, met lithiumconcentraties van 181 milligram per liter. Het zal in 2021 een volledige haalbaarheidsstudie uitvoeren, met als doel opschaling naar volledige commerciële productie van lithium in 2023-24. "We hebben een bron die groot genoeg is om te voldoen aan een zeer substantieel deel van de vraag op de Europese markten hier voor vele, vele jaren", vertelde Vulcan's CEO Francis Wedin in oktober op een industrieconferentie.

Het Rijndal ligt in het hart van de Duitse autoproductieregio, een locatie die een lithiumfabriek zakelijke voordelen zou bieden bij het leveren aan fabrikanten van elektrische voertuigen. Maar het vermindert ook aanzienlijk de koolstofemissies die gepaard gaan met het vervoeren van lithium vanuit het buitenland, merkte Wedin op. Als gevolg hiervan is het bedrijf van plan zijn lithium op de markt te brengen als "zero carbon".

Terug in Cornwall is zero carbon ook het doel voor het productieproces van Cornish Lithium, dat naar verwachting zal worden aangedreven door geothermische warmte. En als het proefproject succesvol blijkt te zijn, heeft Cornish Lithium er alle vertrouwen in dat er in de hele regio planten kunnen worden ontwikkeld.

"Alle schone technologieën die we nodig hebben om klimaatverandering tegen te gaan - of dat nu windturbines, zonnepanelen of batterijen zijn, ze zijn allemaal heel erg mineraalintensief", zegt Crane. "We moeten ervoor zorgen dat we deze materialen zo verantwoord mogelijk extraheren, anders vermindert het de reden om deze technologieën in de eerste plaats te bouwen."

Al met al kan het nog een paar jaar duren voordat batterijen die gemaakt zijn van emissievrij lithium uw auto of andere apparaten van stroom voorzien. Maar als koolstofvrij lithium een ​​vlucht neemt zoals de kampioenen hopen, zou het een krachtig voorbeeld kunnen worden van een mineraal dat essentieel is voor duurzame energie, verkregen op een duurzame manier.

--

De uitstoot van reizen die nodig was om dit verhaal te melden, was 0 kg CO2. De digitale uitstoot van dit verhaal is naar schatting 1,2 g tot 3,6 g CO2 per paginaweergave.Lees hier meer over hoe we dit cijfer hebben berekend.

--

Sluit je aan bij een miljoen Future-fans door ons leuk te vindenFacebook, of volg ons opTwitterenofInstagram.

Als je dit verhaal leuk vond,meld u aan voor de wekelijkse bbc.com-nieuwsbrief met functies, genaamd "De essentiële lijst". Een zorgvuldig geselecteerde selectie van verhalen uitBBC-toekomst,Cultuur,Werk leven, EnReis, elke vrijdag in je mailbox.