20.07.2022 - University of Massachusetts Amherst

Wie umweltverträglich ist der Abbau von Lithium-Sole? Das hängt davon ab, wie alt das Wasser ist

Neue Forschungsarbeiten unter Leitung der UMass Amherst untersuchen erstmals umfassend die Auswirkungen der grünen Energiewende

Eine bahnbrechende neue Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Earth's Future veröffentlicht wurde und von Forschern der University of Massachusetts Amherst in Zusammenarbeit mit der University of Alaska Anchorage geleitet wird, ist die erste, die die hydrologischen Auswirkungen des Lithiumabbaus umfassend berücksichtigt. Da Lithium der Hauptbestandteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, die für die Abkehr von fossilen Brennstoffen und die Hinwendung zu umweltfreundlicher Energie von entscheidender Bedeutung sind, ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie das wertvolle Element verantwortungsvoll gewonnen werden kann.

In früheren Studien wurden zwei der wichtigsten Faktoren für eine verantwortungsvolle Gewinnung von Lithium nicht berücksichtigt: das Alter und die Quelle des Wassers, in dem das Lithium gefunden wird. Diese erstmals durchgeführte Studie ist das Ergebnis von mehr als zehn Jahren Forschung und deutet darauf hin, dass der Gesamtwasserverbrauch im Salar de Atacama die Wasserzufuhr übersteigt - obwohl die Auswirkungen des Lithiumabbaus selbst vergleichsweise gering sind. Der Lithiumabbau macht weniger als 10 % des Süßwasserverbrauchs aus, und die Soleentnahme korreliert nicht mit Veränderungen des Oberflächenwassers oder der Wasserspeicherung im Becken.

Lithium, so David Boutt, Professor für Geowissenschaften an der UMass Amherst und einer der Co-Autoren der Studie, ist ein seltsames Element. Es ist das leichteste aller Metalle, aber es liegt nicht gerne in fester Form vor. Lithium kommt in der Regel in Schichten vulkanischer Asche vor, aber es reagiert schnell mit Wasser. Wenn sich Regen oder Schneeschmelze durch die Ascheschichten bewegen, sickert Lithium in das Grundwasser und wandert bergab, bis es sich in einem flachen Becken absetzt, wo es als salzige Mischung aus Wasser und Lithium in Lösung bleibt. Da diese Sole sehr dicht ist, setzt sie sich oft unter Taschen mit frischem Oberflächenwasser ab, die auf der lithiumreichen Flüssigkeit darunter schwimmen. Diese Süßwasserlagunen werden oft zu Zufluchtsorten für einzigartige und empfindliche Ökosysteme und ikonische Arten wie Flamingos.

Mehr als 40 Prozent der weltweit nachgewiesenen Lithiumvorkommen befinden sich im Salar de Atacama, einer riesigen, trockenen chilenischen Salzwüste mit einer Fläche von rund 850 Quadratmeilen, die auch der Forschungsstandort ist. Der Salar de Atacama beherbergt eine Reihe ökologisch einzigartiger Naturschutzgebiete und ist auch die angestammte Heimat mehrerer indigener Atacameño-Gemeinschaften, mit denen das UMass-Team zusammenarbeitete. Da die Salzebenen ökologisch so empfindlich sind und von den knappen Süßwasservorräten abhängen, besteht bei der Nutzung von Wasser im Salar de Atacama die Gefahr, dass sowohl die ökologische Gesundheit der Region als auch die Lebensweise der Eingeborenen gestört wird.

Bislang gab es jedoch keinen umfassenden Ansatz zur Messung der Wassernutzung oder der Auswirkungen des Lithiumabbaus im Salar de Atacama.

Komplexe Hydrologie in der chilenischen Salzwüste

"Um die Auswirkungen des Lithiumabbaus auf die Umwelt zu verstehen", sagt Brendan Moran, Postdoktorand im Bereich Geowissenschaften an der UMass Amherst und Hauptautor der Studie, "müssen wir die Hydrologie in der Region verstehen, in der das Lithium gefunden wird. Diese Hydrologie ist sehr viel komplexer, als die bisherigen Forscher sie eingeschätzt haben.

Um die Komplexität und das bisherige Missverständnis über die Hydrologie des Salar de Atacama zu veranschaulichen, verwenden Moran und Boutt die Metapher eines Bankkontos. Stellen Sie sich vor, Sie erhalten jeden Monat einen Gehaltsscheck. Wenn Sie Ihr Scheckbuch ausgleichen, sind Sie finanziell abgesichert, solange Ihre monatlichen Ausgaben Ihre monatlichen Einnahmen nicht übersteigen. Frühere Studien über den Salar de Atacama gingen davon aus, dass die seltenen Regenfälle und der saisonale Abfluss von den Gebirgsketten, die ihn umgeben, allein für den Wasserstand in den Salinen verantwortlich sind.

Mithilfe einer Reihe von Wasserverfolgungsinstrumenten, mit denen der Weg des Wassers zum Salar de Atacama verfolgt werden kann, sowie des durchschnittlichen Alters des Wassers in verschiedenen Wasserkörpern, einschließlich Oberflächengewässern und unterirdischen Grundwasserleitern, entdeckten Moran und seine Kollegen, dass mehr als die Hälfte des Süßwassers, das die Feuchtgebiete und Lagunen speist, mindestens 60 Jahre alt ist, obwohl örtlich begrenzte, aktuelle Regenfälle von entscheidender Bedeutung sind. "Da diese Regionen so trocken und das Grundwasser so alt ist", so Moran, "reagiert das gesamte hydrologische System nur sehr langsam auf Veränderungen des Klimas, der Hydrologie und des Wasserverbrauchs." Gleichzeitig können kurzfristige Klimaveränderungen, wie die jüngste große Dürre und extreme Niederschlagsereignisse, zu erheblichen und schnellen Veränderungen des Oberflächenwassers und der empfindlichen Lebensräume führen, die sie erhalten. Da der Klimawandel wahrscheinlich zu schwereren Dürreperioden in der Region führen wird, könnte er den Wasserhaushalt des Gebiets weiter belasten.

Um auf die Metapher der Buchhaltung zurückzukommen: Der Gehaltsscheck wird wahrscheinlich kleiner und kommt nicht monatlich, sondern über einen Zeitraum von mindestens 60 Jahren, was bedeutet, dass die Forscher den Wasserverbrauch auf einer viel längeren Zeitskala überwachen müssen, als sie es derzeit tun, und dabei auch auf große Ereignisse wie Dürren in der Region achten müssen.

Für eine vollständige hydrologische Überwachung sind zusätzliche Instrumente erforderlich, die mit diesen geochemischen Indikatoren kombiniert werden. Die Teams von UMass und UAA nutzten Wasserverbrauchsdaten der chilenischen Regierung und Satellitenbilder, mit denen sie die sich verändernde Ausdehnung von Feuchtgebieten in den letzten 40 Jahren bewerten konnten, sowie Regenmesser und Satellitenmessungen, um die Veränderungen der Niederschläge im selben Zeitraum zu ermitteln.

Angesichts der langen Zeit, die das Grundwasser braucht, um sich innerhalb des Einzugsgebiets zu bewegen, "könnten die Auswirkungen der Wassernutzung immer noch ihren Weg durch das System finden und müssen genau überwacht werden", sagt Moran, "mögliche Auswirkungen könnten noch Jahrzehnte in die Zukunft reichen."

Letztlich ist dieser umfassende Rahmen, der von der BMW Group und BASF finanziert wurde, weit über den Salar de Atacama hinaus anwendbar. "Es ist ein moderner Ansatz für das Wassermanagement", sagt Boutt.

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