Der Bedarf an Lithium ist enorm – und wird in den nächsten Jahren noch weiter wachsen. Es ist der Stoff, der Elektroautos fahren lässt, der Laptops und Kameras mit Strom versorgt und der in Zukunft auch unseren Wind- und Sonnenstrom für die Zeiten der so genannten Dunkelflaute speichern soll – wenn weder ein Lüftchen weht noch ein Sonnenstrahl an die Erdoberfläche dringt. 72 Gramm Lithium stecken in einer Batteriezell von einem Kilogramm Gewicht, etwa 10 Kilogramm sind in einer Antriebsbatterie mit einer Speicherkapazität von 60 Kilowattstunden verbaut – um nur einmal ein paar Zahlen zu nennen.

Der weltweite Bedarf an dem Alkali-Metall ist entsprechend groß. Wurden 2019 nur rund 85.000 Tonnen weltweit gewonnen, werden 2040 schon Mengen in 43-facher Größenordnung benötigt, hat die Internationale Energie-Agentur (IEA) hochgerechnet. Da werden alle Quellen angezapft werden müssen, um diese Mengen produzieren zu können. Aktuell werden die bekannten Vorkommen in der Welt auf etwa 14 Millionen Tonnen geschätzt – allein acht Millionen Tonnen davon liegen in Chile. Gebunden ist das Lithium dort in der Sole unter den Salzseen in der Atacama-Wüste. Aktuell werden davon 140.000 Tonnen im Jahr gefördert, in diesem Jahr soll die Fördermenge auf 180.000 Tonnen steigen.

Und die Lithium-Gewinnung in Chile ist nicht unumstritten: Die indigenen Bauern in der Region, berichten Umweltorganisationen, fürchten um ihr Trinkwasser. Denn die Lithium-haltige Sole muss, bevor sie in der Sonne verdunstet, aus dem Untergrund hochgepumpt werden. Manche befürchten, dass dann Süßwasser nachströmt und damit unbrauchbar wird.

Belege dafür gibt es dafür bislang nicht. Auch nutzen die Bewohner des Salar für die Trinkwassergewinnung vor allem das Wasser aus den Bergen, das nach Regenfällen und durch die Schneeschmelze in die Hochebene fließt und dort allmählich verdunstet. Trotzdem beschäftigt sich in diesen Wochen eine Verfassungskommission in Chile mit der Frage, ob Sole – konzentriertes Salzwasser – technisch gesehen Wasser ist oder eine chemische Verbindung, die weder Menschen noch Tiere fürs Überleben benötigen. Und ob die Förderung der Sole das natürliche Gleichgewicht aus Sonne, Erde und Wasser in Zeiten des Klimawandels kippen lassen könnte.

EDISON verfolgt die Diskussion über solche Fragen schon eine ganze Weile. In Bezug auf Chile bislang nur aus der Ferne. Diese Woche werden wir die Situation vor Ort persönlich in Augenschein nehmen – zusammen mit Vertretern unter anderem der Deutschen Rohstoffagentur, die gerade neue Risiko-Bewertung des Rohstoffs Lithium vornimmt.

Wir widmen uns dem Thema aus diesem Anlass in einer Themenwoche. Mit aktuellen Informationen und persönlichen Eindrücken aus Chile, auch mit Interviews. Und zur Auffrischung versorgen Sie noch einmal mit Grundinformationen – aus früheren Beiträgen zum Thema.

So sieht der Lithiumabbau in Bolivien aus:

(Mit UPDATES) Das Lithium-Dreieck – eine trockene, heiße Region im Länderdreieck von Bolivien, Chile und Argentinien. Weiße Wüsten prägen die Landschaft, ausgetrocknete Salzseen, unter denen nach Schätzungen mehr als die Hälfte der weltweiten Lithium-Vorräte stecken.

Lithium ist einer der wichtigsten Stoffe in modernen Akkus, denn er lässt sich bis heute nicht ersetzen. Kobalt, Graphen, Aluminium – immer gibt es eine alternative Bezugsmöglichkeit oder einen Ersatzstoff. Aber ohne Lithium keine Lithium-Ionen-Akkus. Benötigt wird der Stoff zur Herstellung der Kathoden, der Pluspole der Zellen.

Autoindustrie ist inzwischen größter Abnehmer

Mangels Alternativen stürzen sich also alle Batteriehersteller auf diesen Rohstoff. Mittlerweile sind Stromspeicher die Lithiumverbraucher Nummer 1. Rund 30 Prozent der Produktion landen inzwischen dort – mittlerweile mehr als in Produkten aus Glas- und Keramik. Lange Zeit waren Akkus für Laptops und Smartphones der Haupteinsatzzweck von Lithium-Akkus, aber das mit der rasanten Verbreitung der Elektromobilität hat sich das in den zurückliegenden Jahren geändert.

Gewonnen wird Lithium entweder auf bergmännische Art, durch die Verarbeitung von Lithium-haltigen Gestein – oder durch Extraktion aus konzentrierter Salzlauge. Die so genannte Sole befindet sich in großen Mengen in der Tiefe unterhalb der Salzpfannen, die sich vor vielen Tausend Jahren durch die Kontinentaldrift in Lateinamerika gebildet haben. Die hochkonzentrierte Lauge, die achtmal mehr Salz enthält als das Meerwasser, wird aus der Erde gepumpt und verdunstet dort unter starker Sonneneinstrahlung. Aus dem hochkonzentrierten Lithiumchlorid werden dann in weiteren Verarbeitungsschritten in speziellen Raffinerien Lithiumkarbonat und Lithiumhydroxid gewonnen. Angedacht ist auch die Gewinnung von Lithium aus dem Thermalwasser, das aus dem vulkanischen Gestein des Oberrheingrabens zur Produktion von Fernwärme nach oben befördert wird. Aber bislang sind das nur „Luftschlösser“ – bislang wurde auf diese Weise noch keine einzige Tonne Lithium gewonnen.

In einer viel beachteten und auch von Wissenschaftsmoderator Harald Lesch zitierten ZDF-Reportage mit dem Titel „Der wahre Preis der Elektroautos“ besuchte ein Kamerateam vor mittlerweile vier Jahren nicht nur eine wilde, nicht angemeldete Kobaltmine (deren Kobalt nicht in einem deutschen Elektroauto landen dürfte), sondern besichtigte auch die Lithiumproduktion im Salar. „Richtig kacke“ sei der Abbau in der Atacama, sagt Lesch etwas unwissenschaftlich. Hat er recht und ist die Lithiumgewinnung in Chile noch schlimmer als die Ölförderung im Mittleren Osten oder in Nigeria?

Wie viele Liter Wasser verdunsten für mein Auto?

Ein Forscherteam des irischen Institute of Technology Carlow hat sich die Rohstoffförderung unter ökologischen Aspekten angeschaut und kommt zu dem Schluss: „Moderner Bergbau kann Mineralien ohne große Umwelteffekte abbauen.“ Die dazugehörige Studie ist erst im September im Fachblatt Resources erschien.

Darin heißt es weiter: „Schlecht betriebene Bergbauvorhaben, oft kleinere Unternehmungen, haben ein Umweltproblem-Vermächtnis hinterlassen.“ Der Kohlebergbau in Indien, Goldminen in Südamerika oder die erwähnte informelle Kobaltgewinnung im Kongo – sie alle haben am Bergbau-Ruf gekratzt. Der Lithiumabbau hingegen, wie er in Chile betrieben wird, habe „einen vergleichsweise kleinen Umwelteffekt, auch verglichen mit dem Abbau von Platin und Seltenen Erden.“

Die wichtigsten Lithium-Fachbegriffe

Hauptproblem aber bleibe das knappe Wasser – vor allem für die Bauern am Rande der Salzwüste, die größtes Interesse an den Wasservorkommen haben. Ein Austrocknen der Wasserstellen könnte, so behaupten Kritiker der Lithiumgewinnung, die örtliche Fauna ins Ungleichgewicht und etwa auch den Flamingokolonien in den salzwasserhaltigen Lagunen den Tod bringen. „Beim Lithiumabbau kann es, wie bei jedem Bergbau, zu Umwelteinflüssen kommen, wenn er schlecht umgesetzt ist“, schließen die Autoren ihre Untersuchung.

Zwei Millionen Liter Sole – oder nur ein Zehntel?

Viele Medien nennen einen Wert von rund zwei Millionen Litern Sole pro gewonnener Tonne Lithium. (Wir unlängst übrigens auch.) Eine oft genannte Quelle für diese Zahl ist eine Aussage des forensischen Geologen Fernando Díaz im Magazin „Exactamente“ der Universität Buenos Aires aus dem Jahr 2011.

Darin heißt es, „dass die Lithium-Konzentration in der Sole gering ist und zwischen den Salzseen variiert – von einigen zehn Teilen pro Million (ppm) bis hin zu etwas mehr als eintausend, mit Durchschnittswerten von 600 ppm im Salar de Uyuni und 500 ppm im Salar del Hombre Muerto.“

Dazu sagt Diaz: „Nach diesen Werten kann geschätzt werden, dass für jede Tonne gewonnenes Lithium etwa zwei Millionen Liter Wasser verdunsten.“ Leider führt er seine Schätzung nicht aus – denn sie ist sehr ungenau. Gut möglich, dass er sich auf eine ebenfalls 2011 erschienene internationale Studie bezieht, die das US-Journal „Economic Geology“ veröffentlichte.

In ihr untersuchten die Forscher die Sole an verschiedenen Orten und geben auch den Lithium-Gehalt pro Liter an. Sie kamen dabei auf die Werte, die Diaz für die von ihm genannten Orte anführt. Aber an anderen Förderorten wie etwa der Salar de Atacama ist die Lithium-Konzentration wesentlich höher, sodass in Summe und rein rechnerisch bei der Lithium-Gewinnung statt zwei Millionen nur noch 0,4 Millionen Liter Wasser verdunsten.

Neue Technologien reduzieren den Verbrauch

Aber das Wasser geht auch nicht gänzlich verloren: Denn es verdunstet nicht komplett, da Lithium aus der noch feuchten Sole extrahiert wird. Und der verbleibende Rest wird zum Teil auch wieder in den Boden gepumpt. So erklären sich auch andere Zahlen.

Die ZDF-Reporter sprechen von 21 Millionen Litern Solewasser, die im chilenischen Salar de Atacama täglich für Lithium abgepumpt werden. Die Anlage, die sie zeigen, wird vom Unternehmen SQM betrieben, das laut seinem Geschäftsbericht 2017 (pdf) angibt, etwa 48.000 Tonnen Lithiumcarbonat im Jahr zu fördern. Täglich 130 Tonnen, aus denen am Ende etwa 23 Tonnen reines Lithium werden. Je nach Verlusten auch rund zwei Tonnen mehr oder weniger. Der Wasserverbrauch pro Tonne Lithium läge damit bei deutlich unter einer Million Liter Sole; eher bei 900.000 Litern.* Seitdem ist die Lithiumproduktion von SQM zwar weiter gestiegen, der Wasserverbrauch aufgrund neuer Verfahren aber deutlich gesunken.

Leider ist die ZDF-Doku auch an anderen Stellen ungenau. Denn im Salar gibt es noch andere Unternehmen, die Lithium fördern – etwa Albemarle aus den USA. Rechnet man deren Produktion auf die 21 Millionen Liter um, sinkt der Wasserverbrauch pro Tonne noch weiter.

Neben dem Zurückpumpen der Sole nach der Lithiumextraktion gibt es weitere Gründe, die für einen geringeren Wasserverbrauch pro Tonne sprechen. SQM hat nach eigenen Angaben ein penibles Wassermanagement am Salar umgesetzt. Die Menge Wasser, die allein zum Hochpumpen der Sole benötigt wird – Grundwasser und Sole sind geologisch klar getrennt und ohne direkte Verbindung – wurde deutlich reduziert. Sie liegt inzwischen mehr als deutlich unter den behördlich genehmigten Limits: Pro Tonne Lithium werden lediglich 12 Kubikmeter Grundwasser gefördert. Und für die Raffinierung des Lithiums in seinem Werk in Antofagasta nutzt das Unternehmen inzwischen Industriewässer aus einer kommunalen Kläranlage, die mit Tanklastern zur Produktionsstätte gebracht werden. Konkurrent Albemarle gibt an, durch technische Innovationen zudem künftig mehr Lithium bei gleichem Soleverbrauch zu gewinnen. Es ist also wahrscheinlich, dass der Wasserverbrauch inzwischen längst weiter gesunken ist, während bei uns die Debatte noch mit Zahlen aus dem Jahr 2011 geführt wird.

Allerdings: Albemarle und SQM werfen sich auch gegenseitig vor, heimlich mehr Sole zu entnehmen als erlaubt. So lässt sich der Ertrag natürlich auch steigern. Die zuständige Wasserbehörde geht diesen Vorwürfen derzeit nach. Die Messbarkeit ist schwierig, weil aus dem Salar de Atacama ohnehin in jedem Jahr 145 Millionen Kubikmeter Wasser durch Sonneneinstrahlung verdunsten. Zudem werden aus der Sole auch andere Mineralien, etwa Kaliumsalze, gewonnen. Deren Anteil wird bislang aber der Lithiumgewinnung zugerechnet.

Und längst nicht jeder Salar braucht überhaupt ein solches Wassermanagement: Heiner Marx vom deutschen Ingenieursdienstleister K-Utec, der die Lithiumförderung in Bolivien mitentwickelt, erklärt: „Am bolivianischen Salar de Uyuni gibt es drei Monate Regenzeit, mit einem Wasserüberstand von bis zu einem halben Meter, sodass der Verbrauch bei der Solarevaporation mehr als ausgeglichen wird.“ Messungen haben bislang jedenfalls keinen Hinweis darauf geliefert, dass der Grundwasserspiegel im Salar durch die Lithiumgewinnung gesunken ist. Die festgestellten Schwankungen sind eindeutig jahreszeitlich bedingt.

Lithium: Wasserverbrauch wie Benzinverbrauch

Aber von wie viel Lithium und damit Wasser reden wir überhaupt bei einem Elektroauto? 12 Kilogramm gibt Tesla für sein Model S (86 kWh) an. Eine Studie der Forscherin Linda Ellingsen ermittelte 2014 für den Akku eines Ford Focus Electric (27 kWh) einen Lithiumanteil von 19 Kilogramm. Aktuell liegt der Durchschnitt bei etwa 15 Kilo. Damit wäre ein Akku im günstigsten Fall für einen Sole-Verbrauch von etwa 6000 Litern verantwortlich – im ungünstigsten Fall für rund 30.000 Liter.

Im Akku steckt natürlich nicht nur Lithium – Hauptbestandteile sind Aluminium und Kupfer, die aber zum großen Teil aus wiederverwertetem Material bestehen. Allerdings ist die Kupferproduktion mit enormen Wasserverbräuchen und Umweltschäden verbunden – für die sich bislang kaum jemand interessiert. Welche Emissionen die Einzelteile des Akkus verursachen, haben wir übrigens hier ausgerechnet. Auch Kobalt, Nickel und Kupfer stecken in der Batterie und stammen oft aus denselben Ausgangs-Erzen. Mit dem Kobaltabbau haben wir uns in einer Reihe ausführlich beschäftigt.

Doch ob nun 6000 oder 30.000 Liter Sole in einer Wüste – das ist immer noch viel, keine Frage. Aber dem stehen zwischen 10.000 und 30.000 Liter Benzin oder Diesel gegenüber, die über seine Laufzeit in einen Verbrennungsmotor fließen. Es handelt sich also um etwa dieselbe Menge, aber mit einem Rattenschwanz an Folgen. In Nigeria sind durch die Erdölförderung Mangroven, Sümpfe, Flussarme und Trinkwasser verseucht. Und vor Mexiko verendeten nach der durch die Explosion der Förderplattform Deepwater ausgelösten Ölpest 2010 Millionen Vögel und Fische.

Und die 21 Millionen Liter im Salar sind nur ein Dreißigstel der Menge Wasser, die im Lausitzer Braunkohlerevier täglich abgepumpt werden muss. Das ist es schwierig wie ungerecht, den lateinamerikanischen Staaten die Lithiumförderung vorzuwerfen.

Verantwortung der Politik

Nicht alle Förderprojekte sind so umstritten wie das in Chile, wo mit SQM ein ehemaliges Staatsunternehmen agiert. In Bolivien geht Präsident Evo Morales einen anderen Weg. „Für mich zeigt Bolivien ein Gegenbeispiel zum Extraktivismus, der Morales beim Öl und Gas vorgeworfen wird. Es ist kein schneller Eingriff“, erklärt Robert Lessmann, der an der Universität Köln zur Ökonomie Lateinamerikas lehrt.

Zu einem schnellen Hochfahren der Produktion kam es bis heute nicht – wobei sich Lessmann nicht festlegen will, ob dahinter politische Vorsicht steht oder ob einfach nur die technischen Fähigkeiten der Experten in Bolivien an ihre Grenzen gerieten. Deutsche Unternehmen wie K-Utec sind nicht umsonst vor Ort – deren Projektpartner ACI Systems Alemania hat im Dezember mit dem Staatsunternehmen YLB ein Joint Venture zur nachhaltigen Gewinnung und Industrialisierung auch von Lithium geschlossen.

Eine erste Pilotanlage am Rand des Salar de Uyuni, dem größten Lithium-Vorkommen der Welt, wurde bereits aus Umweltschutzgründen ohne feste Anlagen errichtet. Die Sole wurde mit rückbaubaren Pipelines gefördert, das für den Prozess benötigte Wasser teilweise durch salzhaltiges Wasser aus Flüssen bereitgestellt. Das ist sinnvoll, weil dadurch nicht der Grundwasserspiegel absinkt. Zwar kann man Sole nicht trinken. Aber entnimmt man die Sole, sinken auch die Pegel der Gewässer, die Süßwasser führen.

Und K-Utec aus Thüringen will die Ökobilanz noch verbessern, indem es Trinkwasser für die Region aus dem Herstellungsprozess gewinnt. Klar ist: In Auto-Akkus steckt Lithium für 200 bis 400 US-Dollar. Viele Verbraucher würden die Mehrkosten für ökologische Unbedenklichkeit sicher tragen wollen.

Vielleicht führt das sogar zu einem ökologischen Wettbewerb? US-Unternehmen wie MGX Minerals oder Pure Energy planen Anlagen, die das Lithium in einem geschlossenen Prozess gewinnen und die Sole komplett zurückpumpen. Das Wasser-Problem wäre damit gelöst. Dabei würden allerdings auch die Substanzen zurückfließen, die das Lithium herauslösen, kritisiert Marx von K-Utec. Die Technologie ist in seinen Augen nicht umweltfreundlich. Außerdem halten es die deutschen Unternehmen für kurzsichtig, allein Lithium zu gewinnen. Denn die Sole enthält auch Minerale, die zu Dünger weiterverarbeitet werden können. Das würde die Ökobilanz weiter aufbessern.

* Korrektur: In einer früheren Version dieses Textes haben wir die Wasserverluste bei der Gewinnung von Lithium aus Lithiumcarbonat zu hoch angesetzt. Deshalb mussten wir den Wasserverbrauch pro Tonne Lithium insgesamt weiter nach unten korrigieren.