Naar aanleiding van Kamervragen over de noodzaak van kritieke metalen voor de energietransitie heeft het ministerie van Economische Zaken en Klimaat een verzoek gedaan om de haalbaarheid van lithiumwinning bij geothermie te onderzoeken. Warmte365 sprak Hans van ’t Spijker, adviseur bij Witteveen+Bos en projectleider van het onderzoek: "Nederland, Europa en de wereld moeten duurzamer omgaan met onze (schaarse) grondstoffen. Daarom is Witteveen+Bos op zoek naar duurzame oplossingen voor de lange termijn. Dat gevoel van urgentie komt in Nederland en Europa steeds meer naar voren. We hebben een kleine planeet en daar moeten we zorgvuldig mee om gaan”, aldus Van 't Spijker. 

Lithium is een kritiek materiaal en cruciaal voor de productie van batterijen. Momenteel wordt lithium veelal gewonnen in Chili, Australië en China. Om de geopolitieke afhankelijkheid te verminderen en de toenemende lithiumvraag (onder meer in de auto-industrie) te voorzien, wordt er binnen de EU gezocht naar alternatieve lithiumbronnen.

Lees ook:  Hoe wordt Europa minder afhankelijk van Chinees lithium?

“Daarnaast zijn de technieken die worden gebruikt bij lithiumwinning niet goed voor de lokale omgeving. Het kost veel water en het is vervuilend, en het wordt op een onethische manier gewonnen. Met het onderzoek naar lithiumwinning uit geothermisch water proberen we een manier te vinden om zo zuiver mogelijk lithium te winnen”, legt Van ’t Spijker uit.

In dit kader onderzocht Witteveen+Bos de potentie van lithiumwinning afkomstig uit water dat wordt opgepompt uit aardwarmte reservoirs vanuit ongeveer 2.000 meter diepte in Nederland. “Het water in de reservoirs is behoorlijk zout, en in sommige lagen zit er een verhoogde lithiumconcentratie. Om deze reden hebben we de haalbaarheid van lithiumwinning uit aardwarmteboringen onderzocht voor de combinatie van warmte- en lithiumwinning voor een aardwarmte-installatie”, vertelt Van ’t Spijker.

Het proces
In de studie werd de haalbaarheid van drie boringen bekeken in twee verschillende reservoirs, waar verhoogde lithiumconcentraties aanwezig zijn. Op deze drie geselecteerde locaties in Nederland zijn de lithiumconcentraties relatief laag in vergelijking met projecten in Duitsland, Frankrijk en België. Van ’t Spijker legt uit hoe het proces van lithiumwinning uit geothermisch water werkt.

“Het wordt opgedeeld in een up- en downstreamproces, vergelijkbaar met de olie- en gasindustrie. In ons onderzoek keken we vooral naar het upstreamproces, waaruit een halffabricaat ontstaat. Het water wordt omhoog gepompt? en vervolgens wordt door middel van de Direct Lithium Extraction (DLE) techniek het lithium uit het water gehaald. Het lithium wordt opgenomen in een stof en het overige water wordt rustig doorgepompt Het lithium ga je vervolgens apart extraheren in een batchproces. Hieruit krijg je een geconcentreerde lithiumchloride-oplossing, die je gaat zuiveren en verder concentreren. Het uiteindelijke product is dan een lithiumchloridezout dat in een downstreamproces kan worden omgezet naar materialen die worden gebruikt voor de batterij-industrie”, ” , aldus Van ’t Spijker.

Ecologische risico’s
Voor de winning van lithium uit aardwarmtewater is een relatief klein oppervlak nodig en de CO2-uitstoot en het energie- en watergebruik zijn beperkt. “De chemische processen voor de lithiumwinning vinden bovengronds plaats, zolang dat proces zorgvuldig wordt uitgevoerd. Zo is de kans op lekkages minimaal waardoor er nauwelijks effect is op de omgeving”, zegt Van ’t Spijker. Er is natuurlijk wel een installatie nodig om lithium te winnen, maar de milieueffecten als gevolg van de toevoeging van lithiumwinning aan een bestaande aardwarmtewinning zullen beperkt zijn.

Van ’t Spijker vertelt verder: “Daarnaast speelt er een klein seismisch risico door grondstofwinning wanneer de lithium snel wordt onttrokken, met name in de buurt van breukvlakken. De risico’s zijn goed in kaart te brengen en aanzienlijk minder dan bij bijvoorbeeld gaswinning.”

Economische haalbaarheid
Op economisch gebied is de winning van lithium uit geothermisch water een ingewikkeld verhaal. De lithiumconcentraties in de huidige Nederlandse reservoirs is redelijk laag. “De hoeveelheid lithium die kan worden gewonnen, is in veel gevallen net niet interessant genoeg. Dat betekent dat een enkele aardwarmtebron niet genoeg is, en dat je meerdere aardwarmtebronnen moet bundelen”, legt Van ’t Spijker uit. Omdat de lithiumconcentratie in Nederland lager is dan in naburige landen met een vergelijkbare kostprijs, is het momenteel economisch nog niet rendabel om lithium te winnen in Nederland.

“In Duitsland en Frankrijk is er wel een slag te slaan. De winning van lithium uit geothermisch water is hier wel iets duurder dan lithiumwinning in andere delen van de wereld, maar met de huidige lithiumprijzen is lithiumwinning zeker haalbaar in de voornoemde landen”, vertelt Van ’t Spijker.

Het Duitse bedrijf Vulcan heeft al behoorlijke stappen gezet in het realiseren van de eerste Europese lithiumextractie-productiefaciliteit. De fabriek wordt in de komende tweeënhalf jaar gebouwd. De productie zal worden aangedreven door geothermische energie. Dat betekent dat Europa niet alleen lokaal lithium kan produceren, maar dit ook kan doen met een klimaat neutrale voetafdruk. Van ’t Spijker verwacht dat de komst van de fabriek een boost kan zijn voor de Europese auto-industrie.