- Angesichts der steigenden Nachfrage nach Batterien für Elektrofahrzeuge schätzt eine von der USGS geleitete Studie, dass in den Solen der Smackover-Formation im Südwesten von Arkansas 5 bis 19 Millionen Tonnen Lithium vorhanden sein könnten
- Falls eine kommerzielle Gewinnung möglich ist, würde diese Menge den für 2030 prognostizierten weltweiten Lithiumbedarf für Autobatterien um mehr als das Neunfache decken
- Das Forschungsteam kombinierte die Analyse von Wasserproben mit Machine Learning, um eine Karte der Lithiumverteilung zu erstellen, die auch Gebiete ohne vorhandene Proben einschließt
- Die Zahlen sind eine Bewertung der vor Ort vorhandenen Menge; wie viel davon mit modernen Technologien zur Lithiumgewinnung aus Sole tatsächlich gewonnen werden kann, wurde noch nicht bewertet
- Wenn Lithium aus den Sole-Abfallströmen der Öl- und Gasproduktion gewonnen werden kann, könnte das direkte Auswirkungen auf die Importabhängigkeit der USA und die Debatte um die Lieferkette für Batterien haben
Lithium-Potenzial der Smackover-Formation in Arkansas
- Eine von der USGS geleitete Studie schätzt, dass in den Solen der unterirdischen Smackover-Formation im Südwesten von Arkansas 5 bis 19 Millionen Tonnen Lithium vorhanden sind
- Falls es kommerziell gewonnen werden kann, könnte dies den für 2030 prognostizierten weltweiten Lithiumbedarf für Autobatterien um mehr als das Neunfache decken
- Die USGS schätzt, dass allein das Lithium, das im Süden von Arkansas zusammen mit Öl und Sole-Abfallströmen an die Oberfläche gelangt, den derzeit geschätzten Lithiumverbrauch der USA decken könnte
- Selbst die niedrige Schätzung von 5 Millionen Tonnen liegt bei mehr als dem Neunfachen der Prognose der International Energy Agency für den weltweiten Lithiumbedarf von Elektrofahrzeugen im Jahr 2030
Forschungsmethode und Daten
- Die Studie wurde in Zusammenarbeit zwischen der USGS und dem Office of the State Geologist des Arkansas Department of Energy and Environment durchgeführt
- Das USGS Brine Research Instrumentation and Experimental lab analysierte Proben aus Arkansas und verglich sie mit historischen Wasserprobendaten aus der Kohlenwasserstoffproduktion
- Für den Vergleich wurden Daten aus der USGS Produced Waters Database verwendet
- Das Machine-Learning-Modell kombinierte die Lithiumkonzentration der Sole mit geologischen Daten, um eine Karte zu erstellen, die die gesamte Lithiumkonzentration in der Region prognostiziert
- Auch Gebiete ohne Lithiumproben wurden in die Vorhersage einbezogen
- Die Ergebnisse der Studie wurden in Science Advances veröffentlicht; der Artikel ist unter https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8149 verfügbar
Geologischer Hintergrund und Grenzen der Gewinnbarkeit
- Die Smackover-Formation ist ein Relikt eines urzeitlichen Meeres; ihre porösen und durchlässigen Kalkstein-Einheiten erstrecken sich unter Teilen von Arkansas, Louisiana, Texas, Alabama, Mississippi und Florida
- Diese Formation entstand im geologischen Zeitalter des Jura und ist für Erdöl- und Bromvorkommen bekannt
- In jüngerer Zeit steht sie auch wegen ihres Lithium-Potenzials in Solen, also stark salzhaltigen Wässern im Zusammenhang mit tiefen Salzablagerungen, im Fokus
- Diese Schätzung ist die erste Berechnung des insgesamt gelösten Lithiums in der Smackover-Formation im Südwesten von Arkansas
- Die Forscherin Katherine Knierim erklärte, dass es sich bei den Zahlen um eine Bewertung der vor Ort vorhandenen Menge handelt und nicht berechnet wurde, welche Menge mit modernen Verfahren zur Lithiumgewinnung aus Sole technisch gewinnbar ist
US-Lithiumversorgung und Kontext kritischer Mineralien
- Lithium ist ein für die Batterieproduktion unverzichtbares kritisches Mineral, und mit der zunehmenden Umstellung auf Elektro- und Hybridfahrzeuge wird ein weiterer Nachfrageanstieg erwartet
- Die USA sind bei Lithium zu mehr als 25 % von Importen abhängig
- David Applegate, Director der USGS, erklärte, Lithium sei ein Schlüsselmineral der Energiewende; eine Ausweitung der Produktion in den USA habe Auswirkungen auf Importsubstitution, Arbeitsplätze, Fertigung und die Resilienz der Lieferketten
- Die USGS stellt seit 1879 wissenschaftliche Informationen zu Geologie, Energie und mineralischen Ressourcen bereit und verfolgt als Teil ihrer Rolle bei der Pflege der staatlichen List of Critical Minerals gemäß dem Energy Act of 2020 die Lithiumproduktion, -nachfrage und -importe der USA
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Im Methodikteil des Papers steht etwas genauer, welcher Machine-Learning-Algorithmus verwendet wurde.
Um die Lithiumkonzentration in Solen der Smackover Formation im Süden von Arkansas vorherzusagen, wurde ein RF-Machine-Learning-Modell erstellt. Den aus Bohrlöchern entnommenen Soleproben wurden erklärende Variablen zugeordnet, RF wurde für Vorhersagen auf Bohrloch-Ebene und die Leistungsbewertung abgestimmt, anschließend wurde über die Reynolds-Oolith-Einheit der Smackover Formation hinweg eine räumlich kontinuierliche Karte der Lithiumkonzentration erstellt, und Variablenwichtigkeit sowie Einflüsse wurden untersucht.
Für das anfängliche Tuning wurden mit dem tidymodels-Framework in R XGBoost, k-Nearest Neighbors und Random Forests getestet. Random Forests zeigten durchgehend höhere Genauigkeit und geringeren Bias und wurden daher für das finale Modell verwendet. Wenn es sauber getunt worden wäre, hätte XGBoost vermutlich ähnliche Ergebnisse geliefert; interessant ist daher, dass Random Forests besser abschnitten.
In diesem Bereich sind Kriging/Cokriging, also Gaußsche Prozesse, wegen ihrer langen Geschichte und wegen Hyperparametern wie räumlicher Anisotropie üblicher. Kriging hat jedoch ziemliche Schwierigkeiten mit nicht-kontinuierlichen Eingaben, während Random Forests deutlich toleranter sind. Man muss weder ein Kovarianzmodell für diskrete Werte noch ein Kovarianzmodell für die Beziehungen zwischen den Eingabevariablen erstellen.
Vor ein paar Tagen wurde auch schon über „Why do Random Forests Work? Understanding Tree Ensembles as Self-Regularizing Adaptive Smoothers“ diskutiert.
https://arxiv.org/abs/2402.01502
https://news.ycombinator.com/item?id=41873968
https://en.wikipedia.org/wiki/Random_forest
In der Praxis scheint das aber selbst bei kleinen, verrauschten Daten meist die Tendenz zu sein. Mit besserem Tuning hätte XGBoost meiner Meinung nach trotzdem gewonnen. Im Paper steht, dass die Autoren aus Sorge vor Overfitting ein nicht optimales Hyperparameter-Set gewählt haben; nach derselben Logik könnten sie auch eine nicht optimale Modellklasse gewählt haben.
In Nevada gibt es ebenfalls große Lithiumvorkommen, und die Vorbereitung des Abbaus läuft.
General Motors hat 650 Millionen Dollar investiert, um sich garantierten Zugang zur Produktion der Thacker Mine zu sichern. Sie liegt in einer bergigen Caldera, die die I-80 auf ihrem Weg an Winnemuca in Nevada vorbeiführt; der nächstgelegene Ort ist Mill City, NV, der trotz Lage an der I-80 und an einer wichtigen Bahnstrecke als Geisterstadt geführt wird.
Das Minengelände liegt etwa 12 km von Mill City entfernt an einer unbefestigten Straße, die nicht von Google Street View erfasst ist. In Google Earth sind nahe Mill City Entwicklungsspuren zu sehen, die wie ein Trailerpark und eine Lkw-Raststätte aussehen. Die Straße zur Mine scheint vor Kurzem planiert worden zu sein, auf dem Minengelände selbst gibt es aber noch nichts.
Als Standort für eine Mine ist das in Ordnung. Im Umkreis von mindestens 10 km gibt es keine Nachbarn, und innerhalb von 15 km sind gute Straßen- und Bahnanschlüsse vorhanden.
https://en.wikipedia.org/wiki/Thacker_Pass_lithium_mine
„Wenn man die Teersande stoppen will, muss man tatsächlich die Teersande stoppen, nicht anderswo Berge sprengen und hoffen, dass das zum Ende der Teersande führt.“
https://maxwilbert.substack.com/p/the-long-shadow-of-the-tar-sands
Wenn man in Google Maps nach Thacker Mine sucht, bekommt man 40.58448942010599, -117.8912129833345; das liegt, wie beschrieben, nahe der I-80 und Mill City, und dort ist nichts. Wikipedia nennt jedoch 41.70850912415866, -118.05475061324945 in der McDermitt Caldera, was überhaupt nicht in der Nähe von Mill City oder der I-80 liegt. In diesem Fall sollte man Google wohl eher nicht vertrauen.
Für die kurzfristige Energieinfrastruktur ist das wohl ein gutes Ergebnis, aber wenn der Preis dafür ist, große Landflächen aufzureißen, um an Rohstoffe zu kommen, bleibt bei mir immer ein gemischtes Gefühl.
Interessant ist auch, wie viel davon auf Basis von Abwasser-Sole-Daten anderer Industrien in dieser Region modelliert werden konnte; und falls tatsächlich Lithium gefördert wird, wird sich daran viel darüber zeigen, ob die Machine-Learning-Prognosen stimmen.
Was ich wegen der begrenzten Zeit zum Lesen des Originalpapers nicht herausfinden konnte: Welche Methode wäre nötig, um den Großteil der erwarteten Vorkommen zu gewinnen? Wenn Soleverarbeitung ausreicht, könnten sich externe Effekte leichter kontrollieren lassen, als wenn man zuerst im Tagebau die gesamte Deckschicht abträgt.
Deshalb kann die Umstellung auf erneuerbare Energien und Batterien die Netto-Fördermenge sogar verringern. Natürlich ist es wichtig, Lithium sauber und verantwortungsvoll zu fördern, besonders in der Nähe bewohnter Gebiete. Aber verglichen mit anderen Stoffen, die bereits in viel größerem Umfang abgebaut werden, ist selbst eine künftig noch so große Lithiumförderung nur ein Tropfen im Ozean.
Außerdem kann einmal gefördertes Lithium wiederholt genutzt und recycelt werden. Sobald es im Kreislauf ist, wird es immer wiederverwendet. Berücksichtigt man Verbesserungen bei Batterietechnologie und Produktionsprozessen, dürfte selbst die heute im Umlauf befindliche Menge später beim Recycling wahrscheinlich eine größere Batteriekapazität ermöglichen. Das gilt auch unter Berücksichtigung unvermeidlicher Verluste beim Recycling.
Recyclingverfahren für Lithium funktionieren bereits gut; es gibt derzeit nur kaum Recycling im großen Maßstab, weil die meisten heute verwendeten Lithiumbatterien noch sehr neu und weit vom Recyclingzeitpunkt entfernt sind. Durch die Verbesserungen der Batterielebensdauer verschiebt sich der Zeitpunkt, an dem großflächiges Recycling nötig wird, sogar immer weiter nach hinten.
Die Extraktionsmethode hängt stark von der Zusammensetzung der Lagerstätte ab, davon, ob es sich um Sole oder eine andere Form handelt, und welche anderen Stoffe vorhanden sind. Solen, Gesteinszusammensetzungen, Tone usw. mit jeweils geringen Lithiumanteilen sind sehr unterschiedlich.
Es handelt sich um Soleförderung; die „Mine“ ist also im Grunde ein tiefer Wasserbrunnen. Das Lithium steckt nicht im Kalkstein selbst, sondern ist im Wasser in den Poren des Kalksteins relativ angereichert.
In den meisten Fällen wird Sole aus der Smackover Formation im Rahmen bestehender Öl- und Gasproduktion ohnehin bereits gefördert; nach der Abtrennung des Öls wird die Sole jedoch wieder verpresst. Die Idee ist, diese Sole besser aufzubewahren, verdampfen zu lassen und für die Lithiumproduktion zu nutzen.
Im Allgemeinen braucht man dafür zwar große Verdunstungsbecken, aber es ist kein Tagebau.
Ich frage mich, ob du bei Aluminium, Eisen, Spülmittel und Speisesalz dieselbe Angst empfindest. Von der Größenordnung her sind alle bestehenden und vorgeschlagenen Lithiumminen nach Bergbaumaßstäben sehr klein.
Ich weiß nicht, ob Lithium überhaupt selten genug ist, um entscheidend zu sein. Ich habe gelesen, dass es auch im Salton Sea genug Lithium geben könnte, um den Bedarf für mehrere Jahre zu decken.
Meiner Beobachtung nach ist nicht entscheidend, ob Lithium vorhanden ist, sondern wie man es billig in ein kommerzielles Produkt verwandeln kann. Für die meisten Zwecke läuft es am Ende auf Abbau an Orten ohne Umweltauflagen hinaus.
Ich arbeite in dieser Branche, genauer gesagt im Bereich Hartgesteinsbergbau.
Die Lithiumversorgung selbst ist nicht das Problem. In Australien gibt es reichlich davon, und auf dem Markt herrscht sogar ein Überangebot. Man muss sich nur den aktuellen Lithiumpreis ansehen.
Das Problem ist vielmehr der Umwandlungsprozess. Die meisten Anlagen stehen in China. Wenn man Raffinerien baut, die es in Lithiumcarbonat umwandeln, wird Australien den Bedarf decken.
Mit all diesen Mineralien und der Sonne ist das eine hervorragende Kombination. Dank an Saul Griffith.
Ich hoffe, dass im Mobile Basin kein Abbau stattfindet. Es ist eines der Ökosysteme mit der höchsten Biodiversität in Nordamerika.
https://www.youtube.com/watch?v=8j9coyJeB4Q
Die weltweite Wiederbewaldung ist fast vollständig darauf zurückzuführen, dass Haushalte im 20. Jahrhundert von Holz auf Kohle umgestellt haben.
Es ist Zeit zu erkennen, dass die Pax Americana eine Ära ist, die wir verlieren könnten, und wieder mit Bergbau und Entwicklung zu beginnen.
Ah, räumliche Autokorrelation, mein alter Freund.
Sehr gute Arbeit, aber normalerweise baut man Prospektivitätsmodelle nicht auf diese Weise. Genauer gesagt validiert man sie heute nicht mehr so. Trotzdem ist es schön zu sehen, dass die USGS wieder beginnt, in diesem Bereich Fuß zu fassen. USGS und GSC waren lange führend auf diesem Gebiet, hatten es in den letzten 5–7 Jahren aber schleifen lassen.
Wenn so viel Lithium gefunden wird, dass es praktisch kostenlos wird: Würden die Batteriekosten dann deutlich sinken? Begrenzt das derzeitige Lithiumangebot die Produktion?
Dass China in diesem Bereich führend ist, liegt nicht daran, dass es besonders reich daran wäre oder über unglaublich fortschrittliche Technik verfügte, sondern daran, dass es bereit ist, ökologische externe Effekte vollständig zu ignorieren – einschließlich der externen Effekte der Stromerzeugung für den gesamten Prozess. Deshalb ist chinesisches Lithium billig, und Länder ohne ähnliche „Vorteile“ oder neue, beeindruckende Technologien können faktisch kaum konkurrieren.
In den USA würden Umweltauflagen, Kosten der Stromerzeugung und Arbeitskosten den Preis des Endprodukts allesamt nach oben treiben und es völlig uncompetitive machen. Deshalb investieren die USA und einige andere Länder auch in andere Wege, etwa die Suche nach Lithium und Ähnlichem am Meeresboden. Man hofft, dass die Förderkosten dort niedriger sind. Natürlich gibt es Sorgen wegen der Bedrohung für die Tiefseeumwelt; wenn daraus Regulierung entsteht, könnten die Preise wieder steigen.
Ein Beleg dafür ist, dass es inzwischen Natrium-Ionen-Batterien auf dem Markt gibt, die im Wesentlichen dieselbe Infrastruktur nutzen, aber noch nicht preislich wettbewerbsfähig sind. Potenzial gibt es. Ein wichtiger Vorteil ist, dass Natrium-Ionen-Batterien für Lagerung und Transport sicher bis auf 0 V entladen werden können.
Transport-, Lager- und Raffinationskosten darf man nicht vergessen.
Ehrlich gesagt ist das Energieproblem mit den heutigen Technologien nahezu gelöst. Wir müssen nur die Einführung beschleunigen, um fossile Brennstoffe stark zurückzudrängen. Deutschland einmal ausgenommen. Auch bei Uran, von dem für den Betrieb von Kraftwerken nur geringe Mengen benötigt werden, gibt es bereits große Vorkommen; wir haben Lithium-Batterietechnik zur Stromspeicherung; und Solarpanels, die die Lücken füllen, werden in großen Mengen produziert und installiert. Nötig ist, diese Punkte zu verbinden und die Ressourcen so aufeinander abzustimmen, dass sie gut zusammenspielen.
Verwandte Beiträge
https://news.ycombinator.com/item?id=41910918
https://news.ycombinator.com/item?id=41907144
Auch in Kanada gab es ähnliche Arbeiten: https://www.juniorminingnetwork.com/junior-miner-news/press-releases/1940-tsx-venture/lmr/106571-bourier-lithium-project-update-lomiko-metals-and-critical-elements-report-discoveries-and-identify-lithium-targets-for-exploration-using-goldspot-discoveries-artificial-intelligence-methods.html