Brasilien: Fortschrittliche Monitoring-Praktiken helfen bei der Lithium-Gewinnung

Von Luis Arís*

Wie in anderen Ländern sorgt die steigende Nachfrage nach Lithium auch in Brasilien für die Eröffnung neuer Lithiumminen. Mit Blick auf kürzlich durchgeführte Maßnahmen lässt sich eine Tendenz vermuten: Vieles deutet darauf hin, dass sich das südamerikanische Land in Stellung bringt, um sich künftig als Hauptproduzent des sogenannten weißen Öls zu positionieren – und es gibt noch viel Potenzial zu erkunden. Nach Angaben des Geologischen Dienstes Brasiliens (CPRM) hat das Land gerade einen Sprung bei den Lithiumoxidreserven (Li20) gemacht, und zwar von 0,4 % der weltweiten Gesamtreserven auf 8 %. Dieser Anstieg ist auf die Prospektionstätigkeit des CPRM zurückzuführen, insbesondere auf das Pilotprojekt im Jequitinhonha-Tal.

Die CPRM-Studie wies auf potenzielle Gebiete für die Entdeckung neuer Lithiumlagerstätten im Nordosten des Bundesstaates Minas Gerais hin. Insgesamt wurden 45 Vorkommen kartiert, von denen 20 bisher unveröffentlicht waren und von den Forschern des Instituts untersucht und klassifiziert wurden. Um es anders auszudrücken: Der Anteil Brasiliens an der Weltproduktion von derzeit 0,6 % (Daten des United States Geological Survey – USGS) könnte sich ändern – und das Land zu einem neuen Grenzland für die Lithiumproduktion machen.

Brasilien kann von der Gewinnung von Lithium, einem wesentlichen Bestandteil erneuerbarer Energiequellen wie Sonnenkollektoren, Windturbinen und Elektroautos, merklich profitieren. Neben dem Jequitinhonha-Tal in Minas Gerais ist das Erz auch in der Provinz Borborema zu finden, die zwischen den Bundesstaaten Pernambuco, Rio Grande do Norte und Ceará liegt, sowie in der Provinz Solonópole, ebenfalls in Ceará. Die Ressourcen und Reserven dieser Standorte belaufen sich auf mehr als 1 Million Tonnen, womit Brasilien die siebtgrößte Lithiumreserve der Welt besitzt.

Nach Angaben der US Geological Survey ist Brasilien der fünftgrößte Lithiumproduzent der Welt und wird bis 2023 etwa 4.900 Tonnen erreichen. Im Jahr 2022 betrug die Menge des aus brasilianischem Boden entnommenen Erzes nur 2.630 Tonnen – dieses Wachstum bestätigt die Investitionen in neue Minen und die Erweiterung bestehender Abbaustätten.

Ein Grund dafür könnte die Tatsache sein, dass der Preis für Lithium auf dem Weltmarkt von rund 12.000 US-Dollar pro Tonne im Jahr 2019 auf 46.000 US-Dollar pro Tonne im Jahr 2023 angestiegen ist.

Lithium-Ionen-Batterien sind der Eckpfeiler der Lithiumnutzung und werden bis 2022 etwa 9 % des weltweiten Lithiumverbrauchs ausmachen. Diese Batterien treiben eine breite Palette von Produkten an:

• Unterhaltungselektronik: Smartphones, Laptops, tragbare Ladegeräte und Tablets sind im heutigen digitalen Zeitalter allgegenwärtig; sie alle werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben.

• Elektrofahrzeuge (EVs): Der Übergang der Automobilindustrie zur Elektromobilität erhöht die Nachfrage nach Lithium erheblich, da Elektrofahrzeuge auf Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher angewiesen sind.

• Energiespeichersysteme: Lithiumbatterien sind für die Speicherung von Solar– und Windenergie von entscheidender Bedeutung und erleichtern den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen.

• Tragbare Elektrowerkzeuge: Von Bohrmaschinen bis zu elektrischen Rasenmähern bieten Lithiumbatterien die hohe Energiedichte, die für kabellose Werkzeuge benötigt wird.

Bevor es sich in den oben genannten Feldern einsetzen lässt, muss Lithium aus dem Boden gewonnen werden. Dieser Prozess erfolgt in der Regel durch ein Verfahren namens Solebergbau, bei dem Lithium aus unterirdischen Salzwasserreserven entnommen wird. Bei diesem Verfahren wird Salzwasser an die Oberfläche gepumpt und anschließend verdampft, um das Lithium und andere Mineralien zu entfernen. Leider können diese giftigen Metalle die Wasserquellen verseuchen und nicht nur die Menschen, sondern auch die Artenvielfalt bedrohen.

Jede Tonne Lithium, die abgebaut wird, führt zu 15 Tonnen CO2-Emissionen in die Umwelt. Darüber hinaus werden schätzungsweise 500.000 Liter Wasser für den Abbau von etwa 2,2 Millionen Litern pro Tonne Lithium benötigt.

Kontaminationsfreie Böden und Luft

Die Stanford University in den USA hat Richtlinien für den Lithiumabbau erarbeitet. Werden diese richtig umgesetzt, ließen sich die Schäden dieser Industrie an der Natur verringern und gleichzeitig wichtige Investitionen für das Wirtschaftswachstum Brasiliens erhalten. Sie lauten wie folgt:

1. Die Lithiumgewinnung erfordert in der Regel das Ausheben offener Gruben und die Behandlung mit Säuren, um das Erz in einem wässrigen Medium zu extrahieren. Eine beträchtliche Menge an Abraum (fester Abfall) muss über einen langen Zeitraum hinweg zurückgehalten werden. Es ist unbedingt zu verhindern, dass giftige Elemente und zusätzliche Schadstoffe in die Umwelt gelangen. Mit Hilfe von präventiven Überwachungsinstrumenten werden die Abraumhalden unter Kontrolle gehalten, was die in dieser Branche äußerst rentable Phase der Lithiumgewinnung erleichtert.

2. Alle Verfahren erfordern das Abpumpen und Entsorgen von Sole sowie Maßnahmen zur Entfernung von Lithium aus der Sole. Abfallflüssigkeiten sollten soweit möglich gereinigt wieder ins Wassersystem zurückgeführt werden – die Verwendung von Nicht-Abfallflüssigkeiten ist zu vermeiden.

3. Staub und Emissionen von flüchtigen Verunreinigungen sind sorgfältig zu überprüfen. Für die Gewinnung von Lithium aus Dämmen wird in der Regel Schwefelsäure benötigt, was Überwachungsmaßnahmen erfordert, um die Freisetzung von Schwefeldioxid in die Luft zu minimieren.

4. Daten über Überwachungssysteme für den Lithiumbergbau sollten öffentlich und online verfügbar gemacht werden. Globale Vorschriften legen fest, dass der sichere Betrieb von Minen eine grundlegende Priorität ist, um die negativen Auswirkungen auf die Arbeitenden sowie die Umwelt zu minimieren.

5. Die langfristigen Folgen des Bergbaus werden vor allem davon abhängen, ob Minen ordnungsgemäß betrieben und saniert werden. Abraumhalden sollten regelmäßig überwacht werden, um Daten über den tatsächlichen Zustand der stillgelegten Mine zu erhalten.

Lithium-Tailings-Dämme unter Kontrolle

Die De-Charakterisierung von Lithiumdämmen ist ein äußerst heikler Prozess, der für eine sichere Durchführung den Einsatz von Überwachungstechnologien erfordert. Dieses Unterfangen wird durch ein Protokoll geregelt, das im Jahr 2020 auf Initiative des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP), des Internationalen Rates für Bergbau und Metalle (ICMM) und der Principles for Responsible Investment (PRI) erstellt wurde. Der Rahmen für die Sicherheit von Lithiumdämmen – einschließlich derjenigen, die nicht de-charakterisiert werden – ist der Global Industry Standard Tailings Management. Ziel ist es, den gesamten Lebenszyklus von Lithium-Tailings-Lagerstätten zu verwalten.

Die Einhaltung der GISTM-Grundsätze wird durch Daten von Überwachungsplattformen unterstützt, die proaktiv und vorausschauend kritische Faktoren messen. Dazu gehören unter anderem die Überprüfung der Spannung der Betonwände, des Wasserstands im Damm, der Temperatur der Abraumhalden im Damm, ob es Bewegungen in den Abraumhalden gegeben oder ob der Damm Lärm verursacht hat.

Der Erfolg des Lithiumbergbaus in Brasilien hängt davon ab, dass die vorausschauende Überwachung einer äußerst kritischen Umwelt von Beginn des Minenprojekts an berücksichtigt wird. Eine Studie des Beratungsunternehmens Mordor Intelligence aus dem Jahr 2022 zeigt, dass der Markt für Konnektivitäts- und Überwachungslösungen für die globale Bergbauindustrie bis 2026 voraussichtlich 24 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Die Tatsache, dass es sich bei einer Mine um eine sicherheitssensible und kostenintensive Umgebung handelt – ein autonomer Lkw für den Einsatz in Minen kann leicht mehrere Millionen Real kosten – erfordert, dass dieser Sektor bei der Konnektivität zwischen OT- und IT-Sektor Fortschritte macht. In einer Lithiummine verarbeiten Rechenzentren Daten, die während der gesamten Förderkette anfallen, vom Pumpendruck über das Volumen in den Erzleitungen bis hin zur Nutzungsdauer der Ausrüstung (OT-Daten). Ein Beispiel: Die Anlage wird einen vorausschauenden Blick auf die Wartung der Anlagen ermöglichen, um Verluste durch ungeplante Unterbrechungen zu vermeiden. Ein weiteres Rechenzentrum, das im Hafen eingerichtet wird, kann sich speziell mit den kommerziellen und administrativen Aufgaben im Zusammenhang mit dem Export des Produkts befassen (IT-Daten).

Eine Möglichkeit zur Optimierung der Prozesse bei der Gewinnung und dem Export von Lithium ist der Einsatz von Lösungen zur Überwachung des digitalen Umfelds. Sie sind in der Lage, die Daten der gesamten Produktions- und Vermarktungskette von Mineralien in einer einzigen Schnittstelle zu vereinen.

Ein Anfang 2022 von Deloitte veröffentlichter Bericht zeigt, dass die brasilianische Bergbauindustrie in Bezug auf relevante ESG-Themen hinter Ländern wie Kanada und Australien zurückbleibt. Damit Brasilien mehr und mehr Investitionen erhält, muss der Abbau des weißen Goldes auf den besten Bergbaupraktiken basieren. Dies lässt sich mit Hilfe von Multiprotokoll- und konvergenten OT/IT-Überwachungsplattformen in Echtzeit und rund um die Uhr kontrollieren.

(*) Luis Arís ist Business Development Manager bei Paessler LATAM.