Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) werden gemeinhin als Umweltkontaminanten betrachtet, wobei sich die meisten Forschungen darauf konzentrieren, wie man sie aus der Umwelt entfernen kann. Ein Team unter der Leitung von James Tour, Chemieprofessor an der Rice University, verfolgt jedoch einen anderen Ansatz. Die von Postdoktorand Yi Cheng geleitete Forschungsgruppe hat ein neues Verfahren entwickelt, das PFAS nutzt, um Lithium aus hochsalinen Solen zu extrahieren. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Water“ veröffentlicht.
Das Forschungsteam nahm einen gängigen PFAS-Abfall als Ausgangspunkt. PFAS aus Löschschäumen werden typischerweise durch Adsorption an granulierte Aktivkohle (GAC) entfernt, aber die mit PFAS gesättigte Aktivkohle stellt selbst einen neuen Abfallstrom dar. Statt dieses Abfallprodukt als Endpunkt zu betrachten, nutzten die Forscher der Rice University es als Rohstoff. Sie gaben die mit PFAS beladene verbrauchte Aktivkohle in eine hochsaline Sole, die verschiedene Salze enthielt. Yi Cheng erklärt: „Hier enthält das Salz der Sole wertvolle Kationen – Lithium. Die verbrauchte Aktivkohle enthält Fluorid-Anionen, die in den PFAS-Molekülen eingeschlossen sind. Wir wollten das Fluorid freisetzen, damit es sich mit dem freigesetzten Lithium verbindet und wir das entstehende Lithiumfluorid sammeln können.“
Um dies zu erreichen, setzte das Team das Gemisch einer elektrothermischen Behandlung aus, bei der es schnell auf über 1000 Grad Celsius erhitzt und dann rasch abgekühlt wurde. Diese extremen und kurzzeitigen Bedingungen brachen die chemischen Bindungen des Fluorids in den PFAS, welches dann mit Metallkationen wie Lithium aus der Sole reagierte und ein Salzgemisch bildete, das Lithiumfluorid, Calciumfluorid und Magnesiumfluorid enthielt.
Die Abtrennung des Lithiumfluorids war der entscheidende Schritt. Die Forscher nutzten die Eigenschaft, dass Lithiumfluorid einen niedrigeren Siedepunkt (1676 °C) hat als Magnesiumfluorid (2260 °C) und Calciumfluorid (2533 °C). Durch Kontrolle der elektrothermischen Bedingungen destillierten sie das Lithiumfluorid innerhalb von Sekunden ab. Letztendlich gewannen sie 82 % des verfügbaren Lithiumfluorids mit einer Reinheit von 99 % zurück.
Um den praktischen Nutzen zu validieren, stellte das Team aus dem extrahierten Lithiumfluorid einen Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien her und testete ihn. Die Ergebnisse zeigten, dass der Elektrolyt mit recyceltem Lithiumfluorid verbesserte Stabilität und Leistung aufwies und bestätigten, dass das Verfahren eine batterietaugliche Lithiumquelle liefern kann.
Im Vergleich zu aktuellen kommerziellen Methoden zur Lithiumgewinnung aus Solen zeigt eine Umweltanalyse, dass dieses neue PFAS-basierte Verfahren weniger Wasser verbraucht, weniger Energie benötigt und einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung hat. Es wird erwartet, dass die Betriebskosten niedriger sind und die Behandlungszeit nur wenige Minuten beträgt.
Yi Cheng sagte: „Die Lithiumgewinnung aus Solen könnte umweltfreundlicher sein als der traditionelle Bergbau, steht aber immer noch vor Herausforderungen hinsichtlich Selektivität, Kosten und Wassernutzung. Wir sahen eine Chance, das in PFAS gebundene Fluorid zu nutzen, um Lithium durch ein schnelles, ressourcenschonendes Verfahren zurückzugewinnen.“
Tour fasste zusammen: „Indem wir Abfall als potenziell nützliche Verbindung betrachten, konnten wir problematische, PFAS-adsorbierende Aktivkohle in wertvolle Metalle umwandeln, die für Anwendungen wie Batterien genutzt werden können. Dies hat das Potenzial für erhebliche ökologische, wirtschaftliche und Effizienzvorteile.“
Publikationsdetails: Titel: „Waste per- and polyfluoroalkyl substances-assisted flash fluorination for lithium recovery from brines“, veröffentlicht in: „Nature Water“ (2026). Zeitschrifteninfo: „Nature Water“
