Lithium aus Fracking-Abwasser in Pennsylvania könnte den US-Bedarf decken

Fast zwei Jahrhunderte nach dem Goldrausch in Kalifornien stehen die Vereinigten Staaten womöglich vor einem Lithiumrausch. Weil der Bedarf an diesem Rohstoff rasant wächst, suchen staatliche Geologinnen und Geologen fieberhaft nach bislang verborgenen Vorkommen des wertvollen Elements.

Im September 2023 meldeten von einem Bergbauunternehmen finanzierte Forschende den Fund eines potenziell grössten Lithiumvorkommens in einem uralten Supervulkan in den USA. Im April 2024 berichteten öffentliche Forschende am anderen Ende des Landes über ein weiteres unerschlossenes Reservoir, das fast die Hälfte des Lithiumbedarfs der Nation decken könnte.

Es verbirgt sich im Abwasser der Fracking-Industrie für Erdgas in Pennsylvania.

Lithium ist möglicherweise das wichtigste Element für die Energiewende der USA und der bevorzugte Rohstoff für Batterien von Elektrofahrzeugen. Dennoch gibt es in den USA nur ein einziges Lithiumbergwerk im grossen Massstab. Das Land muss seinen Bedarf daher derzeit durch Importe decken.

Vertreterinnen und Vertreter des US-Energieministeriums wollen das dringend ändern. Bis 2030 soll das gesamte Lithium im Inland produziert werden.

Lithiumgewinnung zwischen Energiewende und Umweltrisiken

Der Ausbau der amerikanischen Lithiumindustrie ist allerdings äusserst umstritten: Bergbau kann natürliche Lebensräume zerstören, giftige Chemikalien freisetzen und in heilige Gebiete indigener Gemeinschaften eindringen.

Gleichzeitig gelten Lithium-Ionen-Batterien als entscheidende Technologie für den weltweiten Übergang zu erneuerbaren Energien, da sie Strom aus Wind und Sonne speichern. Eine Lithiumquelle zu finden, die nicht mehr Umweltschäden als nötig verursacht, ist deshalb entscheidend – doch eine saubere Lösung ist kompliziert.

Pennsylvania liegt auf einer Schicht aus Sedimentgestein, die als Marcellus Shale bekannt ist und reich an Erdgas ist. Diese geologische Grundlage entstand vor fast 400 Millionen Jahren durch vulkanische Aktivität und enthält Lithium aus Vulkanasche.

Über enorme Zeiträume hinweg hat tiefes Grundwasser das Lithium aus diesen Gesteinen gelöst und damit im Grunde „den Untergrund abgebaut“, wie Justin Mackey, Forscher am National Energy Technology Laboratory in Pennsylvania, erklärt.

Mackey und sein Team haben nun festgestellt, dass Abwasser, das durch Fracking aus der Tiefe an die Oberfläche gefördert wird, eine überraschend grosse Menge Lithium enthält.

„Wir wussten einfach nicht, wie viel darin enthalten war“, sagte Mackey im Mai.

Fracking-Abwasser aus Pennsylvania als Lithiumquelle

Aufgrund seiner Lage zählt Pennsylvania zu den führenden Bundesstaaten bei der umstrittenen Fracking-Praxis, die zahlreiche Umwelt- und Gesundheitsbedenken ausgelöst hat.

Beim Fracking wird L-förmig in die Erde gebohrt, damit Wasser nach unten gepumpt werden kann. Dadurch werden tiefer liegende Stoffe, darunter Gas, an die Oberfläche gedrückt.

„Abwasser aus der Öl- und Gasförderung ist ein wachsendes Problem. Derzeit wird es lediglich in geringem Umfang behandelt und wieder in den Untergrund eingepresst“, sagte Mackey.

Solche Verfahren könnten wertvolles Lithium vergeuden. Wie die aktuelle Studie zeigt, könnte eine korrekte Bestimmung der Lithiumreserven im Fracking-Abwasser einen weiteren Weg eröffnen, diese Abfälle sinnvoll zu nutzen.

Die regionale Untersuchung stützt sich auf Daten von Öl- und Gasunternehmen, die den Behörden melden, welche Elemente in ihrem Abwasser enthalten sind. Mackey und seine Kolleginnen und Kollegen werteten Angaben aus den Jahren 2012 bis 2023 zum Abwasser von 515 Bohrlöchern in Pennsylvania aus.

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Marcellus Shale „das Potenzial hat, auf absehbare Zeit erhebliche Lithiummengen zu liefern“ – vorausgesetzt, das Fracking wird fortgesetzt.

Wenn Forschende auch nur eine konservativ geschätzte Menge Lithium aus dem Fracking-Abwasser des Bundesstaats gewinnen können, könnte dies ihren Berechnungen zufolge mehr als 30 Prozent des aktuellen US-Bedarfs abdecken.

Das klingt sehr vielversprechend. Die möglichen Umweltauswirkungen einer Lithiumgewinnung aus Fracking-Abwasser sind bislang jedoch nicht untersucht, und dieses Abwasser fällt nur an, wenn die Fracking-Aktivitäten weiterlaufen.

Um die Klimaziele zu erfüllen, soll die weltweite Nachfrage nach Lithium in den kommenden Jahrzehnten um 400 Prozent steigen. Noch ist offen, wie der Lithiumbedarf gedeckt werden soll und welche neuen Umweltkrisen diese Lösungen auslösen könnten.

Die Studie wurde in Scientific Reports veröffentlicht.

Eine frühere Fassung dieses Artikels erschien im Mai 2024.