In den Salzseen der Atacama-Wüste haben Magnesium- und Lithiumionen nahezu identische Radien, und ihr chemisches Verhalten in wässriger Lösung ist sehr ähnlich. Dieser „Zwillings-Effekt“ macht mehr als die Hälfte der globalen Salzseen-Lithiumressourcen bis heute wirtschaftlich schwer abbauwürdig. Die Universidad de Atacama in Chile hat sich mit der Universidad de Antofagasta und der Universidad de Chile zusammengetan, um für dieses Jahrhundertproblem mit Hilfe von Ionenflüssigkeiten und metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) ein „chemisches Sieb“ zu entwickeln.

Hohes Magnesium-Lithium-Verhältnis: Ein „weltweit schwieriges Problem“ im Lithiumabbau

Der Großteil der globalen Lithiumressourcen liegt in Salzseensolen vor, doch nicht alle Salzseen eignen sich für das traditionelle Verdunstungs-Fällungs-Verfahren. Wenn das Konzentrationsverhältnis von Magnesium- zu Lithiumionen (Mg/Li) in der Sole einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, konkurrieren Magnesiumionen mit Lithiumionen um Fällungsplätze, was zu einem drastischen Rückgang der Lithiumausbeute und einem starken Anstieg der Produktionskosten führt.

Dr. Jonathan Castillo, Wissenschaftler der Abteilung für Metallurgie der Universidad de Atacama, weist darauf hin, dass in vielen Salzseen die Konzentrationen störender Ionen wie Magnesium und Kalzium extrem hoch sind, was diese Solen sowohl chemisch als auch ingenieurtechnisch äußerst komplex macht und ihre wirtschaftliche Gewinnung derzeit schwierig gestaltet.

Dieser technologische Engpass bedeutet, dass große Mengen an Lithiumressourcen aus Salzseen weltweit im Untergrund „verschlossen“ sind und nicht in die Lieferkette gelangen können. Angesichts des explosionsartigen Wachstums der Nachfrage nach Lithium für Elektrofahrzeuge und Energiespeichermärkte ist die Entwicklung effizienter Lithiumextraktionstechnologien für Salzseen mit hohem Magnesium-Lithium-Verhältnis zu einer der dringendsten Aufgaben der globalen Bergbauindustrie geworden.

Ionenflüssigkeit + MOF bilden ein „Chemiesiebungssystem“

Am 20. April 2026 gab die Universidad de Atacama in Chile offiziell ein dreijähriges Anillo-Kooperationsforschungsprojekt bekannt. Das Projekt wird von der Universidad de Atacama geleitet, unter Beteiligung der Universidad de Antofagasta und der Universidad de Chile. Das Kernziel ist es, innerhalb von drei Jahren ein fortschrittliches System zur Lithiumextraktion aus Salzseen zu entwickeln, das auf Ionenflüssigkeiten und metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) basiert.

Ionenflüssigkeiten – „molekulare Krallen“, maßgeschneidert für Lithiumionen

Ionenflüssigkeiten sind eine Klasse flüssiger Salze, die vollständig aus Ionen bestehen, bei Raumtemperatur flüssig sind und einen extrem niedrigen Dampfdruck, eine ausgezeichnete thermische Stabilität und eine hohe strukturelle Designierbarkeit aufweisen. Das Forschungsteam nutzt diese strukturelle Anpassungsfähigkeit, um auf molekularer Ebene Extraktionsmoleküle zu entwickeln, die eine hohe Affinität zu Lithiumionen besitzen.

Die zentrale chemische Logik dieser Technologie liegt darin, dass die Kationen oder Anionen der Ionenflüssigkeit so gestaltet werden können, dass sie spezifische koordinierende Gruppen – „molekulare Krallen“ – tragen, die in komplexen Ionenumgebungen bevorzugt Lithiumionen „ergreifen“ und gleichzeitig störende Ionen wie Magnesium und Kalzium abweisen. Experimentelle Daten zeigen, dass einige leistungsstarke Ionenflüssigkeits-Extraktionssysteme bereits einen Lithium-Magnesium-Trennungsfaktor von über 4600 erreicht haben und damit eine Lösung auf molekularer Ebene für die Lithiumgewinnung aus Salzseen mit hohem Magnesium-Lithium-Verhältnis bieten.

MOF-Materialien – „Ionenkanäle“ im Nanomaßstab

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) sind poröse kristalline Materialien, die durch Selbstorganisation von Metallionen/-clustern und organischen Liganden entstehen. Sie besitzen eine extrem hohe spezifische Oberfläche und präzise einstellbare Porengrößenstrukturen. Das Forschungsteam hat Ionenflüssigkeiten funktionalisiert und in MOF-Materialien eingebracht, um so Ionenflüssigkeit@MOF-Kompositfunktionsmaterialien zu konstruieren.

Das dreidimensionale Porensystem des MOFs und die chemische Selektivität der Ionenflüssigkeit wirken synergistisch: Die poröse Struktur des MOFs bietet hochdurchlässige Ionen-Transportkanäle, während die eingebettete Ionenflüssigkeit den Kanalwänden eine chemische Selektivität für Lithiumionen verleiht. Dieser Doppelmechanismus aus „physikalischer Siebung“ und „chemischer Erkennung“ ermöglicht einen effizienten Durchtritt von Lithiumionen, während störende Ionen wie Magnesium und Kalzium wirksam blockiert werden.

Vom Kupfer- zum Lithiumbergbau – Technologieübertragung und trinationale Zusammenarbeit

Dr. Castillo verriet, dass diese Forschung nicht bei Null beginnt. Das Team beschäftigt sich seit langem mit der Solvent-Extraktionstechnologie im Kupferbergbau und verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Metalltrennung. Die „Übertragung“ von Wissen und Werkzeugen aus dem Bereich der Kupferextraktion auf den Lithiumbergbau war der entscheidende logische Ausgangspunkt für diese technologische Innovation.

Bei der Projektdurchführung teilen sich die drei führenden chilenischen Universitäten die Aufgaben und bilden so eine vollständige Forschungs- und Entwicklungskette:

Universidad de Atacama: Verantwortlich für das molekulare Design, die Synthese und die Auswahl von Ionenflüssigkeits-Extraktionsmitteln. Bisher wurde bereits eine Reihe hochleistungsfähiger Ionenflüssigkeits-Solventien entwickelt.

Universidad de Antofagasta: Verantwortlich für das ingenieurtechnische Design des Prozesskreislaufs, um die Labor-Extraktionsmittel in industriell skalierbare Verfahrenslösungen umzuwandeln.

Universidad de Chile: Verantwortlich für die ingenieurtechnische Validierung der Parameter, um eine verlässliche technische Basis für den Übergang der Technologie vom Labor zur industriellen Anwendung zu schaffen.

Technologische Bedeutung: Paradigmenwechsel von „Verdunstungskonzentration“ zu „chemischer Erfassung“

Die traditionelle Lithiumgewinnung aus Salzseen beruht auf einer 12- bis 24-monatigen natürlichen Verdunstungskonzentration, gefolgt von einer chemischen Fällung zur Lithiumtrennung. Dieses Verfahren ist abhängig von der Solezusammensetzung, den klimatischen Bedingungen und den Landressourcen und für Salzseen mit hohem Magnesium-Lithium-Verhältnis nahezu wirkungslos.

Die Ionenflüssigkeit-MOF-Komposittechnologie repräsentiert einen völlig anderen technologischen Ansatz: Von der „passiven Verdunstung“ hin zur „aktiven Erfassung“. Die Extraktionsmoleküle erkennen und erfassen Lithiumionen aktiv auf molekularer Ebene, unabhängig von der Ausgangskonzentration der Sole und den Umweltbedingungen. Sollte diese Technologie erfolgreich industriell umgesetzt werden, würde sie große Mengen an Lithiumressourcen aus Salzseen, die derzeit als „schwer nutzbar“ eingestuft werden, in die abbauwürdige Kategorie überführen.

Mobilisierung global „schlafender“ Lithiumressourcen

1. Der „Schlüssel“ zur Erschließung von Salzseen mit hohem Magnesium-Lithium-Verhältnis

Weltweit gelten viele Salzseen aufgrund ihres zu hohen Magnesium-Lithium-Verhältnisses als „Grenzressourcen“. Sollte die selektive Ionenflüssigkeit-MOF-Extraktionstechnologie die erwartete Trenneffizienz erreichen, könnten diese Salzseen von einer „geologischen Reserve“ in eine „wirtschaftlich abbaubare Reserve“ umgewandelt werden, was von strategischer Bedeutung für die Diversifizierung der globalen Lithium-Lieferkette wäre.

2. Die „grüne Transformation“ des Lithiumabbaus

Im Vergleich zum traditionellen Verdunstungs-Fällungs-Verfahren sind der Energie- und Wasserverbrauch der Solvent-Extraktionstechnologie deutlich geringer. Dr. Castillo betont, dass diese Technologie nicht nur auf die Lithiumextraktion abzielt, sondern auch auf die umfassende Rückgewinnung mehrerer Elemente aus der Sole. In Zukunft könnten die chilenischen Salzseen von einer „einfachen Lithiummine“ zu einem „integrierten Nutzungsstandort für die kooperative Entwicklung mehrerer Ressourcen wie Lithium, Kalium, Bor und Magnesium“ aufgewertet werden.

3. Drei-Jahres-Roadmap: Vom Labor zur Pilotvalidierung

Gemäß der Projektplanung umfasst der technologische Fahrplan für die nächsten drei Jahre:

Jahr 1: Abschluss der Auswahl der Ionenflüssigkeits-Extraktionsmittel und Optimierung der MOF-Kompositmaterialien.

Jahr 2: Abschluss des Prozesskreislaufdesigns und Validierung des kontinuierlichen Betriebs im Labormaßstab an der Universidad de Antofagasta.

Jahr 3: Abschluss der ingenieurtechnischen Parametervalidierung an der Universidad de Chile, um die Grundlage für einen industriellen Pilotversuch zu schaffen.

Die „zweite Revolution“ der chilenischen Lithiumtechnologie

Chile verfügt über die weltweit größten abbauwürdigen Lithiumreserven, stützt sich jedoch seit langem auf die einzelne Ressource des Salar de Atacama und verwendet relativ traditionelle Abbauverfahren. Diese von drei führenden chilenischen Universitäten gemeinsam vorangetriebene Ionenflüssigkeit-MOF-Lithiumextraktionstechnologie könnte der chilenischen Lithiumindustrie nach dem „Verdunstungsverfahren“ eine zweite technologische Revolution bringen.

Für die globale Bergbauindustrie geht die Bedeutung dieser Technologie weit über ein neues Extraktionsmittel hinaus – sie validiert einen vollständigen technologischen Pfad vom „molekularen Design“ bis zur „technischen Hochskalierung“. Wenn Ionenflüssigkeitsmoleküle wie „Lego-Bausteine“ präzise gestaltet werden können und wenn die Porenkanäle von MOFs wie ein „Siebnetz“ präzise eingestellt werden können, dann bewegt sich die Lithiumextraktion von der Ära der „Verfahrensoptimierung“ in die Ära des „Materialdesigns“.