Umweltverschmutzung und Produktion der Lithiumbatterieproduktion

Sind Lithiumbatterien umweltfreundlich?

Lithiumbatterien sind nicht umweltfreundlich, da die Entsorgung der Batterie in die Umgebung schwerwiegende Gefahren verursachen kann. Dies ist der Grund, warum es viele Regeln und Vorschriften für die Entsorgung von Lithiumbatterien gibt. Verbesserte Versionen der Lithiumbatterien wie Lithiumionen- und Lithiumpolymerzellen sind jedoch tendenziell umweltfreundlicher, da sie im Vergleich zu den primären Lithiumzellen weniger reaktive Chemikalien enthalten.

Wie werden Lithiumbatterien hergestellt?

Lithium ist ein hochreaktives Metall, und dies verhindert, dass es in seinem reinen oder ursprünglichen Metallzustand auftritt, da es bei Kontakt mit Feuchtigkeit in der Atmosphäre spontan in Flammen aufgehen und sich in die Umwelt ausbreiten könnte. Dies erklärt auch, warum Lithiumbatterien dazu neigen, sich zu überhitzen und thermisch außer Kontrolle zu geraten und somit in Flammen zu explodieren. Chile ist derzeit als größter Lithiumproduzent weltweit aufgeführt. Die führende Extraktionsstelle befindet sich in der berühmten Atacama-Salzwüste.

Lithium wird hauptsächlich aus zwei Hauptquellen hergestellt. Dazu gehören magmatisches Gestein wie Spodumen und Lithiumchloridsalze, die sich in Solebecken befinden. Die Lithiumgewinnung aus Salzlake wird als bessere Option angesehen, da sie im Vergleich zu Spodumengestein viel billiger ist. Aus diesem Grund bleiben viele Spodumenvorkommen ungenutzt. Eine weitere alternative Lithiumquelle ist Meerwasser. Da die Konzentration jedoch unzureichend ist, wird die Möglichkeit, Lithium daraus zu gewinnen, als unwirtschaftlich angesehen.

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Lithium ist eine hochreaktive Verbindung im Periodensystem und daher für die Herstellung von Glas, Pharmazeutika, Hochtemperaturschmierstoffen, Chemikalien und der am häufigsten verwendeten Lithiumbatterien geeignet. Lithium kommt in verschiedenen Verbindungen vor und der Extraktionsprozess umfasst mehrere chemische Prozesse, bei denen das Metall aus seiner wirksamen Mischung isoliert und in eine Form oder einen Zustand verarbeitet wird, der verwendet werden kann. Zu diesen Ländern gehören stabile Verbindungen wie Lithiumcarbonat.

Extraktion aus Salzlake

Lithium wird hauptsächlich aus Standorten für flüssige Sole hergestellt, die sich auf der ganzen Welt unterhalb der als Salars bezeichneten Salzwiesen befinden. Viele dieser Gehälter befinden sich in Südamerika und China sowie in anderen Gebieten, die reich an Salzlake sind, wie Öl und geothermische Felder. Die Einschränkung, die mit der Gewinnung von Lithium aus Solelagerstätten einhergeht, besteht darin, dass es sich um einen äußerst langwierigen Prozess handelt, der sogar Monate oder sogar Jahre dauern kann, bis das endgültige verwendbare Produkt entsteht.

Der Prozess beginnt mit dem Bohren in die Oberfläche der Salinen, und die Sole wird abgepumpt und zu den dafür vorgesehenen Verdunstungsbecken transportiert. In diesen Teichen verdunstet die Sole unter der Sonne, damit das gesamte Wasser auf natürliche Weise austrocknet. Die gesammelte und in die Verdampfungsteiche abgelagerte Sole ist in Tausenden von Tonnen und dies verhindert, dass sie in großem Maßstab manuell verdampft wird. Die für solche Verfahren benötigten Ressourcen wären sehr teuer und würden wahrscheinlich die Produktionskosten erhöhen, was letztendlich zu einer Preisinflation führen würde. Außerdem ist der Verdunstungsprozess mit einigen Hindernissen wie unerwarteten Regenfällen konfrontiert, da sich die Verdunstungsgruben auf freiem Feld befinden.

Salzlösung hat eine sehr hohe Konzentration an Lithium-, Kalium- und Natriumsalzen, was es erleichtert, dass auch diese anderen Metalle extrahiert und gut verwendet werden können. Oft wurde Umkehrosmose verwendet, um die Lithiumsole weiter zu konzentrieren und so die Verdampfung zu beschleunigen. Sobald die gewünschte Lithiumkonzentration in den Teichen erreicht ist, wird sie zu einer Lithiumrückgewinnungsanlage gepumpt, damit das signifikante Extraktionsverfahren beginnen kann. Dieser Vorgang erfolgt in folgenden Schritten:

Vorbehandlung

In diesem Schritt werden Filtrations- und Ionenaustauschreinigungsverfahren verwendet, um etwaige Verunreinigungen aus der Salzlösung zu isolieren. Sole ist niemals eine reine Lösung, da sie während des Abbauprozesses und auch in den Verdunstungsbecken vielen äußeren Materialien ausgesetzt ist. Somit hilft die Filtration dabei, Fehlfunktionen zu vermeiden, die beim Extraktionsprozess aufgrund der Verunreinigungen auftreten können.

Chemische Behandlungen

Bei diesem Verfahren werden der filtrierten Lösung chemische Lösungsmittel und andere Reagenzien zugesetzt, um die Nebenprodukte von den gewünschten Verbindungen zu trennen. Das Verfahren kann besser als allgemein bekannt als Ausfällung bezeichnet werden. Die chemischen Lösungsmittel und Reagenzien werden jedoch sowohl in chronologischer als auch in vorgegebener Reihenfolge zugesetzt, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Wenn sie zufällig in die Lösung geworfen würden, könnten sich die Ergebnisse als anders herausstellen, als sie angestrebt wurden.

Filtration

Nach der Behandlung mit Chemikalien wird die resultierende Lösung filtriert, um die Feststoffe zu isolieren, die sich aus der Reaktion zwischen der Lösung und den verschiedenen Chemikalien gebildet haben. Diese Feststoffe sind als Niederschläge bekannt und können als mehrere Nebenprodukte verwendet werden.

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Herstellung des Lithiums

Am Ende wird die Salzlösung dann mit Reagenzien wie Natriumcarbonat behandelt. Da Lithium sehr reaktiv ist, verdrängt es Natrium in der Verbindung und bildet daher Lithiumcarbonat als resultierende Verbindung. Dieses Lithiumcarbonat wird danach filtriert, getrocknet und dann verkauft. Die verbleibende Lösung wird nicht gegossen, da sie mit Reagenzien gemischt werden kann, um je nach gewünschtem Produkt andere zuverlässige Lithiumverbindungen herzustellen. Sobald der Extraktionsprozess abgeschlossen ist, wird die Lösung zu den Salaren unter der Oberfläche zurückgepumpt.

Extraktion aus Spodumen

Spodumen ist auch als magmatisches oder hartes Gestein bekannt und deckt einen kleinen Teil der weltweiten Lithiumproduktion ab. Die in Spodumen gefundenen Mineralerzvorkommen ergeben jedes Jahr fast 20 Tonnen mit mehr als 100 verschiedenen Arten von Mineralien, die die gleiche Lithiumkonzentration enthalten. Es werden jedoch nur wenige dieser Lithiumvorkommen aus Spodumen genutzt, da Mineralvorkommen im Vergleich zu Salzlösung höhere Konzentrationen aufweisen und die Tatsache, dass sie aus Hartgestein abgebaut werden müssen, das Verfahren sehr teuer macht.

Das Mineral wird zerkleinert und dann mit bestimmten chemischen Reagenzien wie Schwefelsäure gemischt, und das Ergebnis wird erhitzt, filtriert und schließlich durch Verdampfen konzentriert. Die resultierende Verbindung ist Lithiumcarbonat, das dann gesammelt und zur weiteren Verarbeitung in Fabriken transportiert wird, um das Lithium zu isolieren.

Führt die Produktion von Lithiumbatterien zu Umweltverschmutzung?

Die Herstellung von Lithiumbatterien ist ein Abbauprozess, der große offene Knarren oder Löcher hinterlässt. Dies gilt insbesondere beim Bohren nach Sole und in den Verdunstungsbecken. Wenn diese Löcher im Freien gelassen werden, können sie sich mit schmutzigem Wasser füllen und zu Brutstätten für verschiedene Parasiten werden. Selbst beim Abbau von Lithium aus Spodumen hinterlässt das Brechen der Steine aus dem Boden einen hässlichen Ort für die Umwelt.

Fazit

Die Nachfrage nach Lithium steigt weiter, insbesondere mit der zunehmenden Herstellung von Elektrofahrzeugen. Wir sollten uns jedoch stärker auf die Auswirkungen des Abbaus dieses Metalls konzentrieren, z. B. auf die Umweltverschmutzung, da dies zu Wüstenbildung und anderen Umweltgefahren führen kann.