Lithiumabbau am Salar de Uyuni erhöht toxische Risiken

Die wachsende Nachfrage nach Lithium lenkt industrielle Aktivitäten inzwischen auf eine der bekanntesten Salzwüsten der Erde – einen Ort, der seit Langem wegen seiner Schönheit und Abgeschiedenheit geschätzt wird.

Neue Erkenntnisse zeigen, dass die Gewinnung dieses Metalls toxische Risiken unbemerkt verstärken kann. Die Folgen reichen dabei weit über den eigentlichen Bergbaustandort hinaus.

Salar de Uyuni unter Druck

Unter dem Salar de Uyuni, einer Salzwüste in Bolivien, befindet sich die weltweit größte bekannte Lithiumlagerstätte. Dort wird stark salzhaltiges Grundwasser abgepumpt und aufkonzentriert, um die Batterieproduktion zu versorgen.

Auf Boliviens Hochebene teilen sich Tourismus und der beginnende Bergbau den Salar de Uyuni, wo Regen die Salzfläche für kurze Zeit in eine spiegelnde Landschaft verwandelt.

Geleitet wird die Arbeit von Dr. Avner Vengosh, der untersucht, wie sich Metalle in Wasser innerhalb von Bergbau- und Energieregionen bewegen.

An der Duke University prüft sein Team chemische Risiken, bevor große Vorhaben ausgeweitet werden – darunter auch neue Lithiumprojekte.

„Der Salar ist ein magischer Ort für Reisende aus aller Welt, die in dieser endlosen weißen Landschaft die Farben und Spiegelungen sehen möchten“, erklärte Dr. Vengosh.

Verdunstungsbecken für die Lithiumgewinnung

Die Betreiber fördern Sole – mineralreiches, salzhaltiges Grundwasser – aus Schichten in bis zu 160 Fuß (etwa 50 Metern) Tiefe und leiten sie anschließend in Becken.

Sonne und Wind entziehen der Flüssigkeit Wasser. Dadurch kristallisieren unerwünschte Salze aus, während sich das gelöste Lithium in jedem Becken weiter anreichert.

Das Endkonzentrat wird zu einer Anlage transportiert, die es in Lithiumcarbonat umwandelt – ein Pulver, das in vielen Batterien eingesetzt wird. Die verbleibenden Solen verbleiben am Standort.

Ein Bericht der Internationalen Energieagentur prognostiziert, dass die Nachfrage nach Lithium bis 2040 um mehr als das 40-Fache steigen wird.

Schwerpunkt der Untersuchung

Für die Duke-Studie verfolgte das Team Wasser und Abfälle aus einem Pilotbetrieb – von der Rohsole bis zur Verarbeitungsanlage.

Mithilfe von Labortests bestimmten die Forschenden den Säuregrad sowie kleinste Mengen an Metallen und Salzen, um chemische Veränderungen zwischen den einzelnen Standorten nachzuvollziehen.

Die Probenahme umfasste natürlich vorkommende, unterirdisch geförderte Sole, Sole aus acht Becken und Abwasserströme aus der Verarbeitungsanlage.

Die natürliche Sole bleibt nahezu neutral und enthält Arsen – ein toxisches Element, das Nerven und Organe schädigt – in Konzentrationen von 1 bis 9 Teilen pro Million.

Zunehmende Säure durch Konzentration

Mit der weiteren Aufkonzentrierung der Sole bleibt in jedem Becken ein kleineres Volumen mit mehr gelösten Stoffen zurück, wodurch das Wasser aggressiver wird.

Die Messungen zeigen, dass der pH-Wert, also das Maß für den Säuregrad von Wasser, in der am stärksten konzentrierten Sole auf etwa 3,2 sinkt.

In den Untersuchungen erreichte die Sole eine Konzentration von etwa 36 Prozent gelöster Salze bezogen auf das Gewicht des Wassers.

Die damit verbundene Säure kann beeinflussen, welche Minerale entstehen. Zudem kann sie einschränken, wo Abfallflüssigkeiten gelagert oder eingeleitet werden dürfen.

Arsenwerte steigen in den Becken stark an

Im Verlauf der Beckenfolge wird Arsen zum größten Warnsignal, weil das Metall in Lösung bleibt.

Im letzten Becken erreichte die Arsenkonzentration beinahe 50 Teile pro Million – ein auffälliger Wert für den Bergbau in Salzwüsten.

„Dieser Arsengehalt ist extrem hoch“, sagte Dr. Vengosh und verwies auf das Ergebnis, nachdem seine Gruppe Proben aus jedem Becken verglichen hatte.

Jede Leckage oder absichtliche Einleitung kann das konzentrierte Metall über die Salzkruste verbreiten, wo sich Vögel und Insekten ernähren.

Nahrungsnetze speichern die Belastung

Wildtiere in Salzwüsten ernähren sich häufig von kleinen Krebstieren und Algen. Dadurch können Schadstoffe in die Nahrungskette gelangen.

Bioakkumulation, also die zeitliche Anreicherung von Chemikalien in Organismen, kann die innere Belastung erhöhen, selbst wenn die Werte im Wasser gering erscheinen.

Labortests ergaben, dass Artemia franciscana Arsenkonzentrationen bis zu 8 Teilen pro Million tolerierte, während höhere Werte die Überlebensrate zu verringern begannen.

Da Flamingos Salinenkrebse fressen, kann ein Einbruch am unteren Ende der Nahrungskette das Nahrungsangebot für Vögel auf der Salzfläche reduzieren.

Die Entsorgung von Abwasser ist kompliziert

Die Verarbeitungsanlage erzeugt eigene Abwasserströme, deren chemische Zusammensetzung nicht den Solen aus den Becken entspricht.

Einige dieser Ströme weisen einen hohen pH-Wert von nahe 10 auf. Diese Alkalität kann verändern, wie Metalle gelöst werden oder sich absetzen.

Verglichen mit den Beckensolen enthält das Abwasser der Anlage weniger Arsen und Bor, ein Element, das Pflanzen in hohen Dosen schädigen kann.

Die Rückverpressung verbrauchter Sole oder von Abwasser aus der Lithiumverarbeitung in den Untergrund kann problematisch sein, weil sie unterirdische Strömungswege verstopfen oder das verbleibende Lithium verdünnen kann.

Das Ökosystem stabil halten

Das Fördern großer Solemengen kann in Salzwüstenbecken zu Bodensenkungen führen – einem langsamen Absinken des Bodens durch die Entnahme von Flüssigkeiten.

Ein dreidimensionales Modell des Salar de Atacama verknüpft das Abpumpen von Sole mit Veränderungen des Grundwasserspiegels, die sich über die Förderzone hinaus ausbreiten.

Solche Absenkungen können nahegelegene Feuchtgebiete und flache Brunnen austrocknen, insbesondere dort, wo Süßwasser dicht an den salzhaltigen Grundwasserleiter grenzt.

Die Forschenden schlagen vor, verbrauchte Sole mit Abwasser zu vermischen, um die natürliche Solechemie besser nachzubilden. Dies muss jedoch noch getestet werden.

Die Zukunft der Energiesicherheit

Indigene Gemeinschaften leben rund um die Salzwüste. Ihre Brunnen und Weideflächen sind in dem trockenen Klima auf die knappen Wasserressourcen angewiesen.

Entweicht Bergbauabwasser aus der Eindämmung, können Metalle in Trinkwasservorräte oder Wildtiere gelangen und anschließend über Nahrung und Staub Menschen erreichen.

Ein paralleles Projekt der Forschenden von Duke bewertet Auswirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden und begleitet dies mit einer chemischen Überwachung des Wassers in der Nähe der Gemeinden.

„Wir sehen Lithium als die Zukunft der Energiesicherheit, daher versuchen wir, es aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren, um eine nachhaltige Entwicklung und Versorgung sicherzustellen“, sagte Dr. Vengosh.

Insgesamt zeigt die Chemie, dass mit der Lithiumkonzentration auch Säure und Metalle angereichert werden. Die Kontrolle von Abfällen wird damit zu einer zentralen Planungsfrage.

Eine bessere Eindämmung, sorgfältige Versuche zur Rückverpressung und eine transparente Überwachung durch die Gemeinschaften können Schäden begrenzen – allerdings nur, wenn die Ausweitung an Daten gebunden bleibt.

Informationen aus einer Online-Veröffentlichung der Duke University.

Bildnachweis: NASA