Nutzung geothermischer Fluide · 2020. 11. 24. · CO2‐armen Gewinnung von Rohstoffen dienen?...
Transcript of Nutzung geothermischer Fluide · 2020. 11. 24. · CO2‐armen Gewinnung von Rohstoffen dienen?...
-
FVEE – Jahrestagung 2020: Forschung für den European Green Deal
Simona Regenspurg (GFZ),
Elisabeth Eiche (KIT), Klemens Slunitschek (KIT)
Eva Hartai (Uni Miskolc), Tamas Madaraz (Uni Miskolc), Harald Milsch
(GFZ), Jörg Uhde (Pfalzwerke Geofuture)
Nutzung geothermischer Fluide
– als umweltfreundliche Lieferanten von
Energie und wertvoller Rohstoffe
-
Einleitung: Geothermische Energiegewinnung
Prinzip einer geothermischen Doublette
Vorteile gegenüber anderen erneuerbaren Energien
• Grundlastfähig• Geringer flächenbedarf• Hohes Potential, nachhaltig
Tiefe Geothermie (> 400 m)Nutzung zur Wärme‐ und Stromversorgung
Wärme aus Erneuerbaren Energien in Deutschland (2017)
-
Geothermie in Deutschland:
37 Anlagen (Stand 2019) mit 336 MWtherm und 37 MWel
Einleitung: Geothermische Energiegewinnung
Wie kann man Geothermie aus der „energetischen Nische“ herausholen?
Top 10 Geothermieländer (2019); Installierte Kapazität in Mwel ( Total: 15406 MW)
Quelle: ThinkGeoenergy Research (2020)
Problem: Risiken aufgrund der Geologie‐ Fündigkeit
‐ hydraulische, geochemische Eigenschaften der Formation
Quelle: Berliner Senat: https://www.berlin.de/senuvk/umwelt/wasser/geologie/de
Beispiel: Lage der Hettangformation (blau) in Berlin ungewiss
-
Fluidinhalt: 1‐ 400 g/L• Hauptkomponenten: Na+,
Ca2+, K+, Cl‐, SO42, HCO3‐ , MgCl2… • Gase: N2, CO2, CH4, He, H2…• In Spuren (mg/L): wertvolle
Rohstoffe: Li+, SEE, Cu2+, Mn2+, Zn2+
Einleitung: Thermalwasser als Träger von Wärme und (wertvoller) chemischer Inhaltsstoffe
Thermalwasserproduktion Bsp. Insheim: 50‐80 L/s
Jede geologische Formation unterscheidet sich hinsichtlich ihrer hydraulischen Eigenschaftenund der Fluidzusammensetzung.
Umweltfreundliche Energie‐ und Rohstoffgewinnungwährend der Thermalwasserförderung theoretischmöglich.
Quelle: http://www.geologyin.com/
-
Leitfragen1. Kann die Geothermie neben der Bereitstellung von Wärme auch zur CO2‐armen
Gewinnung von Rohstoffen dienen?
2. Welche Inhaltsstoffe von Tiefenfluiden sind von wirtschaftlichem Interesse?
3. Wie ist der Stand des Wissens und der Technik zum Thema "Rohstoffe aus Thermalwässern" in Europa/ Deutschland?
4. Mit welchen innovativen Methoden können wertvolle Stoffe aus Thermalwässern im Anlagenbetrieb technisch gewonnen werden?
-
1. Kann die Geothermie neben der Bereitstellung von Wärme auch zur CO2‐armen Gewinnung von Rohstoffen dienen?
Rohstoffgewinnung Traditionell (Bergbau) Rohstoffgewinnung aus dem Thermalwasser
Beispiel Lithium
Quelle: Paranthaman, et al., 2017. Recovery of lithium fromgeothermal brine with lithium–aluminum layered double hydroxidechloride sorbents. Environmental science & technology, 51(22),pp.13481‐13486.
Quelle: Talison Lithium in Greenbushes lithium mine https://www.mining.com.
Mineral anreichern Rösten
Säure‐zugabe
Karbonat‐zugabe
Umweltschäden; hohe CO2 Freisetzung
-
Strategische Rohstoffe
Kritische Rohstoffe (European Commission 2020)
Quelle: https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw‐materials/specific‐interest/critical_en
1. Kann die Geothermie neben der Bereitstellung von Wärme auch zur CO2‐armen Gewinnung von Rohstoffen dienen?
Quelle: https://www.welt.de/
Quelle: https://www.autobild.de/
Beispiel: Lithiumbatterien für die Elektromobilität
-
Sb: nm Hf: nm P: nm
In:
-
3. Stand des Wissens und der Technik in Deutschland
Beispiel 1 Kraftwerk Insheim:‐ 165 °C‐ 4.0 MWel; 10 MWth : Stromversorgung : 8000‐ ;Wärmeversorgung:
600‐800 Haushalte‐ ca. 180 mg/L Li
Machbarkeitsstudie: Vulcan Energy Resources Ltd. + Pfalzwerke geofuture GmbH Pfalzwerke geofuture stellt Thermalsole fürVerfahrensentwicklung zur Direktextration (DLE) bereit.Ziel: CO2 – freie Produktion von Lithium Hydroxid (jährlich ca. 2.000 Tonnen Lithiumhydroxid)
Beispiel 2 Kraftwerk Bruchsal: Energiekonzern EnBW Extraktionsanlage für Lithium‐Chlorid (Demonstrationsanlage geplant)
Lithium Exploration von Geothermiewässern im Oberrheingraben
Karte Geothermie‐Standorte Oberrheingraben
Quelle: KIT
-
3. Stand des Wissens und der Technik in Europa und USABeispiel 3: Lithium Extraktion UK
Cornish Lithium + Geothermal Engineering Limited Direct Lithium Extraction (DLE)
Quelle: https://www.cornishlithium.com/pilot‐lithium‐extraction‐plant/
Beispiel 4: Lithium Extraktion Salton Sea (Kalifornien, USA)
Plan: u.a. Lithium Extraktion in United Downs
Quelle: https://www.latimes.com
Ionenaustausch Prozess: Pilot‐scale lithium extraction system (Lilac, Oakland)
Quelle: https://www.thinkgeoenergy.com/(EnergySource)
-
3. Stand des Wissens und der Technik in Europa
Exploration Extraktionsmethoden Roadmap bis 2030
(Demonstrationsanlage) Wirtschaftliche Nutzung bis 2050
Beispiel: EU H2020 Projekt
CHPM2030 – Combined Heat, Power andMetal extraction from ultra‐deep orebodies: combines geothermal resourcedevelopment, metals extraction andelectro‐metallurgy.
-
Lithium Seltene Erdelemente Edelmetalle
Fällung Adsorption (Ionensiebe),
Ionenaustausch DLE Elektrochemisch Membrantechnologien
Ionenaustausch Bioextraktion
Biosorption Bioextraktion Elektrolyse
4. Methoden zur Gewinnung wertvoller Stoffe aus dem Thermalwasser
-
Li‐Adsorptionsisothermec(Li)=160 mg/Li, T=60°C, t=2hEinwaage: 0,01 – 1 g, pH=5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140
2
4
6
8
10
12
14
16
Bela
dung
[mg/
g]
Zeit [h]
Kinetikversuch: 70 % Adsorption innerhalb von 5 Minuten Extraktion im Durchfluss möglich
Lithium Adsorption an Mn‐OxidenREM: synth. Manganoxid
Quelle: Liu et al. (2019) Hydrometallurgy 187.
4. Methoden zur Gewinnung wertvoller Stoffe aus dem Thermalwasser
-
Groß Schönebeck
Ausblick: geplante Pilotforschungsanlage Groß Schönebeck
1 2 3 4
1
2
3
4
He, CH4 Gewinnung
DLE: mit Manganoxid/ Composite
Ausfällung als Karbonat
Elektrolyse/ Bioleaching
Sr, Mg
Cu, Zn, Mn
-
Vielen Dank
Elisabeth Eiche (KIT), Eva Hartai (Uni Miskolc), Tamas Madaraz (Uni Miskolc), Harald Misch (GFZ), Jörg
Uhde (Pfalzwerke Geofuture), Jörg Zotzmann (GFZ), Elvira Feldbusch (GFZ), Klemens Slunitschek (KIT)
Bildquelle: https://en.wikipedia.org/ Lithium in Öl