Thomas Kölbel heeft een potje met een wit poeder in zijn hand. Het lijkt op zout, en dat is het in wezen ook. Echter geen keuken- of zeezout, maar een lithiumzout: lithiumcarbonaat. Het poeder is van lokale oorsprong, het is gewonnen uit water dat hier uit de diepe ondergrond komt. We bevinden ons immers in de geothermiecentrale van het Duitse energiebedrijf EnBW in Bruchsal, nabij Karlsruhe. De centrale wordt gevoed met water uit een warmwaterlaag die 2,5 km diep ligt. Als het water bovenkomt is het 120 graden, heet genoeg om elektriciteit mee op te wekken. De geothermiecentrale produceert zo jaarlijks 3 gigawattuur aan elektriciteit, genoeg om zo’n 1500 huishoudens van stroom te voorzien. Daarnaast levert ze via een thermisch netwerk ook warmte aan gebouwen in de buurt.

Geothermische energie is op-en-top ‘groen’. Maar de centrale van Bruchsal heeft nog iets anders duurzaam te bieden. Juist, lithium. De 14.000 kuub water die jaarlijks in de centrale passeren, kan tot 800 ton aan lithium opleveren, vertelt Kölbel – die als geoloog terechtkwam bij de geothermiepoot van EnBW. Dat is genoeg om twintigduizend lithium-ion-accu’s, de meest gebruikte batterijen in elektrische auto’s, te maken. Het zou de Duitse auto-industrie toch alvast een klein beetje minder afhankelijk maken van import van deze zogenaamde kritieke grondstof.

Poreuze materialen

Maar dat is vooralsnog toekomstmuziek. Het lithiumpoeder dat Kölbel ons trots toont, is ontgonnen in een pilootinstallatie, waarin de technische aspecten van lithiumwinning uit geothermisch water worden onderzocht. De installatie bevindt zich op TRL-niveau 7 (technology readiness level), wat duidt op een demonstratie van een pilootinstallatie in een operationele, realistische omgeving – hier dus de geothermiecentrale van Bruchsal. Uit het onderzoek zal moeten blijken of de installatie aan de verwachtingen voldoet en of het de moeite loont om ze te gaan opschalen, waarna het ontgonnen lithium ook werkelijk zal kunnen worden verkocht. Hoewel EnBW de beslissing voor opschaling nog moet nemen, mikt het bedrijf voor de start van commerciële productie alvast op 2030.

‘Lithium kan worden gewonnen als nevenproduct van geothermie, dat is juist een troef’ 

Hans van ’t Spijker, Witteveen+Bos 

De pilootinstallatie maakt gebruikt van een afleiding van het hoofdcircuit van de waterstroom van de centrale. Via dunnere buizen wordt het water naar filters gebracht die zijn uitgerust met speciaal hiervoor ontwikkelde sorptiemiddelen; poreuze materialen waarin (of -aan) lithium blijft vastzitten. Kölbel gaat er prat op dat het slechts een paar seconden duurt om het lithium uit het water te halen. Hij maakt de vergelijking met de grote productiesites in Zuid-Amerika, waar vele maanden moet worden gewacht vooraleer het lithium als residu in uitgestrekte verdampingsbassins is neergeslagen. Het geothermische lithium (lithiumcarbonaat) is bovendien zeer zuiver. Tot 99,5 procent, aldus Kölbel.

Breukzone

Bruchsal dankt dat geothermische potentieel aan haar ligging in de Boven-Rijnslenk, een geologische breukzone die langs de Duits-Franse grens loopt. Ook elders in dat gebied leent de ondergrond zich voor gecombineerde energie- en lithiumwinning uit geothermie. Het Australische bedrijf Vulcan Energy mikt op andere sites eveneens tegen het einde van het decennium op commerciële productie van lithium. 

Maar ook buiten het gebied zijn er mogelijkheden. Een uitloper van de Boven-Rijnslenk reikt tot in Zuid-Nederland en Oost-België. In de Vlaamse gemeente Mol, dichtbij de grens met Nederland, wordt door onderzoeksinstelling Vito al jaren onderzoek gedaan naar geothermie – het leidde tot de bouw van een centrale om de eigen site te verwarmen. In het water uit de diepe ondergrond is ook lithium aangetroffen. Het zette een spin-off van Vito alvast aan om lithiumwinning uit geothermie te gaan verkennen.

Nadat in 2023 bekend werd dat de lithiumconcentratie zo’n 100 milligram per liter (of 100 ppm) bedroeg, speculeerde de ceo van de spin-off in de Belgische krant De Tijd op een jaarlijkse productie van 500 ton lithium. In het artikel werd ook de belangstelling van materiaal- en recyclagebedrijf Umicore, dat onder meer materialen voor batterijen produceert, genoteerd. Maar kennelijk is het bij vrijblijvende belangstelling gebleven, leert een mail naar Umicore. Het bedrijf is niet betrokken bij het onderzoek in Mol. Dat terwijl het wel samenwerkt met Vulcan Energy in Duitsland. 

Het sluit aan bij de conclusies van een studie naar lithiumwinning uit geothermie die de Nederlandse regering in 2023 liet uitvoeren. Die leert dat commerciële exploitatie pas haalbaar wordt bij hoge lithiumconcentraties in geothermisch water. ‘Onder de drempelwaarde van 50 ppm is lithiumwinning economisch niet interessant, want de kosten zijn dan groter dan de opbrengsten’, zegt Hans van ’t Spijker, ingenieur bij adviesbureau Witteveen+Bos, dat de studie uitvoerde. Op verschillende locaties in Nederland werden geothermische bronnen bestudeerd, onder meer in de regio Westland en in Noord-Nederland. Telkens lagen de concentraties onder de 50 ppm.

Troef

Toch sluit Van ’t Spijker geothermische lithiumwinning in Nederland niet helemaal uit. Hij ziet twee trends die alsnog voor een interessant economisch verhaal kunnen zorgen, als ze zich doorzetten. ‘De technologie om lithium uit het water te halen, verbetert snel. Daardoor kan de drempelwaarde misschien naar beneden worden gehaald. En op economisch vlak zien we de prijzen voor lithium weer stijgen. Tot een paar jaar geleden dumpte China grote hoeveelheden op de markt, waardoor de prijzen instortten. Dat gebeurt nu niet meer.’

Wel toont de studie duidelijk aan dat geothermische bronnen met hogere lithiumconcentraties, economisch interessanter zijn. Ook Van ’t Spijker wijst naar Duitsland, naar de Boven-Rijnslenk, waar de concentraties vaak ver boven de 100 ppm liggen – in Bruchsal liggen ze rond de 160 ppm. Het verklaart misschien waarom ook Umicore in de eerste plaats naar Duitsland kijkt. Bovendien heeft een bron zoals in Bruchsal een groot voordeel: de geothermiecentrale was er al toen met de bouw van de pilootinstallatie voor lithiumwinning werd begonnen. ‘Lithium kan worden gewonnen als nevenproduct van geothermie, dat is juist een troef. Je hoeft bijvoorbeeld geen nieuwe put te boren’, aldus Van ’t Spijker.

’In de reële wereld is het enige wat uiteindelijk telt: de cost curve’

Peter Tom Jones, KU Leuven

Door de aanhoudende elektrificatie zullen de prijzen voor lithium vermoedelijk nog wel even blijven stijgen. Daarom acht de studie het niet onmogelijk dat winning uit geothermie ook in Nederland economisch of strategisch (bijvoorbeeld als grondstofreserve) interessant wordt. Toch blijft Van ’t Spijker naar het buitenland wijzen. ‘Het ligt voor de hand om dit binnen Europees verband te regelen, en dan is het logisch om voor de plekken met de hoogste lithiumconcentraties te kiezen.’ Hij haalt ook duurzaamheidseisen aan, die lithiumwinning uit geothermie juist een streepje voor geven tegenover traditionele winning in verdampingsbassins of ontginning in mijnen. ‘Die eisen zijn sowieso Europees.’ 

Sceptisch

Lithiumwinning uit geothermie gebeurt volgens een methode genaamd directe lithiumextractie. Die methode krijgt de laatste jaren ook buiten geothermieland aandacht, veel aandacht zelfs. ‘Directe lithiumextractie is in ons domein zo’n beetje de heilige graal’, aldus Bart Michielsen van Vito in een eerder artikel (uit oktober 2024) in C2W | Mens & Molecule. Het onderzoek naar directe lithiumextractie wordt dan ook niet alleen in Europa gevoerd, maar ook in Zuid-Amerika (als alternatief voor de verdampingsbassins met hun gigantische grondwaterverbruik en ruimtebeslag) en in Noord-Amerika (als nevenproduct van olie- en gaswinning).

Kritiek is er echter ook. De technologie zou de testfase nog niet ontgroeid zijn, klinkt het bij sceptici. Voor hen zijn eveneens de lithiumconcentraties het belangrijkste argument. ‘In Europees grondwater gaan die niet hoger dan enkele honderden ppm, terwijl in de zoutmeren van Chili, Argentinië en Bolivia de concentraties vaak ettelijke duizenden ppm bedragen’, zegt Peter Tom Jones, hoofd van het Instituut voor Duurzame Metalen en Mineralen van de KU Leuven.

Maar mijnbouw neemt ruimte in beslag, bij een geothermiecentrale is dat beperkt. Bovendien wordt er naast lithium ook energie geproduceerd, beide op een duurzame manier. En als het in Europa gebeurt, draagt dat dus aan onze energie- én onze grondstoffenonafhankelijkheid. Misschien valt er dus toch iets te zeggen voor lithiumwinning uit geothermie? Jones: ’De hamvraag blijft wat de kostprijs is van Li-productie uit geothermische brines. In de reële wereld is het enige wat uiteindelijk telt: de cost curve. Zit je aan de verkeerde kant van die curve - zoals bij geothermische lithium - dan zal je op weinig steun kunnen rekenen van private investeerders.’