In der vorliegenden Ausgabe beantwortet Cornelius Gantz die Fragen der Redaktion. Er promoviert an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg in Kooperation mit dem ITEL – Deutsches Lithiuminstitut GmbH. Als technischer Mineraloge befasst er sich mit Fragestellungen der Ressourceneffizienz, insbesondere durch Recyclingprozesse und die Nutzung von Nebenprodukten. Im Rahmen seiner Promotion untersucht er das Recycling von Lithium aus Lithium-Ionen-Batterien.

1. Wie bist Du zu Deinem Fachgebiet gekommen und was hat Dich motiviert, Dich darauf zu spezialisieren?

Mein Werdegang begann fachtypisch mit einem Studium der „Angewandten Geowissenschaften“ an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Warum Geowissenschaften? Ich habe die Erfahrung gemacht, dass viele Erstsemester auf diese Frage eine von drei Antworten geben:

1. „Ich habe Steine und Minerale gesammelt und wollte die Erde als System verstehen“,
2. „Dinosaurier!“,
3. „Es hatte keinen NC und ich wusste nicht, was ich nach dem Abi sonst tun sollte“.

Ich gehörte zu Kategorie 2 und wollte entsprechend in die Paläontologie. Halt „irgendwas mit Dinos machen“. Im Bachelorstudium war ich wahnsinnig fasziniert von der Vielseitigkeit der Geowissenschaften. Ich konnte mich für alles begeistern, solange es nicht das Wort „Hydro“ beinhaltete (sorry, an der Stelle). Besonders spannend fand ich die Lagerstättenkunde, gelehrt von Prof. Gregor Borg – entsprechend schrieb ich meine Bachelorarbeit unter seiner Betreuung in den letzten Ausläufern des Projektes „Herkunft des Goldes der Himmelsscheibe von Nebra“. Ich erstellte mithilfe der Durch- und Auflichtmikroskopie eine Vererzungsabfolge für einen historischen Abbauschacht nahe des Carn Marth Pluton in Cornwall, England.

In meinem Masterstudium entdeckte ich dann auch die angewandt-technische Mineralogie für mich. Diese ist an der MLU in Halle schon immer stark aufgestellt gewesen, damals geleitet von Prof. Herbert Pöllmann und heute von Prof. Christiane Stephan-Scherb.

Meine Masterarbeit schrieb ich wieder in der Lagerstättenkunde. Betreut von Prof. Gregor Borg analysierte ich im Rahmen einer Industriekooperation mit der Firma Schwenk GmbH & Co. KG die Bildung und potenzielle Nutzbarkeit technischer Schwermineralseifen entlang einer Kiessandaufbereitungsanlage. In dieser sehr labor- und methodenstarken Arbeit verstand ich am praktischen Beispiel, wie Geowissenschaften helfen können, die Gesellschaft nachhaltiger zu machen. Stichwort „Effiziente Ressourcennutzung“ aka: „Wenn man eh den Kiessand abbaut, dann lass uns doch wenigstens das Gold oder den Ilmenit mitnehmen, anstatt dass wir irgendwo sonst ein neues Loch extra dafür aufmachen“.

Ich wusste schon vor Beginn der Masterarbeit, dass ich promovieren und in der Wissenschaft bleiben möchte. Eigentlich hatte ich geplant, für die Promotion die Uni zu wechseln, um neue Leute und ein neues Labor kennenzulernen. Jedoch noch bevor ich angefangen hatte, aktiv zu suchen, bekam ich den Tipp, dass das damals frisch gegründete „Deutsche Lithiuminstitut GmbH“ noch einen Doktoranden sucht, das Thema: „Lithiumrecycling aus einer Lithium-Ionen-Batterie-Recyclingschlacke“. Das Thema war genau das, was ich gesucht hatte, eine Verbindung von technischer Mineralogie, Lagerstätten und Nachhaltigkeit angebunden an die Mineralogie der MLU. So begann ich im Herbst 2022 meine Promotion unter der Leitung von PD Dr. Stefan Stöber.

2. Welche Herausforderungen begegnen Dir in Deinem Fachgebiet, und wie gehst Du damit um?

Lithium ist im Rahmen der laufenden Energiewende wahrscheinlich zum medial-präsentesten Metall geworden … trotz oder vielleicht sogar wegen seiner immer wieder falschen Zuordnung zu den Seltenen Erden. Wir wissen auch: Lithium wird für Batterien verwendet, die wiederum in E-Autos verbaut werden oder als dezentrale Energiespeicher unser zunehmend auf erneuerbaren Energien basierendes Stromnetz konstant halten. Wenn diese Batterien nicht mehr funktionieren, sollte man die enthaltenden Metalle auch recyceln, Stichwort: Ressourceneffizienz.

Dass Lithium auch mittelfristig noch das zentrale Element der besonders energiedichten Kathodenmaterialien sein wird, sehen wir auch daran, dass Mangan, Kobalt, Nickel, Aluminium, Eisen und Phosphor fleißig substituiert werden, aber Lithium in jeder Batteriechemie zum Einsatz kommt. Doch genau diese sich ständig wandelnden Kathodenchemismen stellen ein Problem dar. Wenn wir das Lithium aus End-of-life-Batterien recyceln wollen, müssen wir mit einem Materialstrom umgehen, der eine hoch diverse chemische Zusammensetzung aufweist. Viele primär hydrometallurgische Recyclingansätze scheitern genau daran. Extraktive Pyrometallurgie ist robuster und wird auch genutzt, allerdings ist die ökonomische Nutzbarkeit dieser energieintensiven Prozesse wesentlich an den Nickel- und Kobalt-Gehalt der zu recycelnden Batterien geknüpft, vor allem, da Lithium aktuell nicht zurückgewonnen werden kann.

Neben der Ressourceneffizienz gibt es noch weitere gute Gründe, Lithium zurückzugewinnen. So haben wir aktuell eine starke strategische Abhängigkeit von China, weil dort der Großteil der Lithiumchemikalien, die für die Batterieproduktion benötigt werden, hergestellt wird. Durch clevere, langfristige Lieferverträge, geschlossen zwischen chinesischen Lithiumraffinerien mit Spodumen-produzierenden Bergbauunternehmen außerhalb Chinas, wird sich diese Abhängigkeit auch auf absehbare Zeit nicht ändern. Diese Situation wurde bereits auf EU-Ebene erkannt, weshalb die „EU Batterieverordnung“ sowie das „Europäische Gesetz zu kritischen Rohstoffen“ erlassen wurden, um feste Recyclingquoten (50 % für Lithium ab 2027) sowie Quoten für die Nutzung rezyklierter Metalle (6 % rezykliertes Lithium in neuen Batterien ab 2031) festzusetzen.

3. Welchen Rat würdest Du jungen Menschen geben, die sich für Dein Fachgebiet interessieren?

Als „Early-career-scientist“ stehe ich ja selbst noch am Anfang meiner Laufbahn. Rückblickend habe ich Entscheidungen getroffen, die sich als gut oder auch weniger gut herausgestellt haben. Daher will ich zwei konkrete Erfahrungen teilen, die sich für mich als gute Entscheidungen herausgestellt haben.

Ich bin seit meiner Bachelorarbeit immer Teil einer Fachgruppe an meiner Uni gewesen. Das hat unglaublich viele Vorteile. Gerade noch im Bachelor ist es sehr spannend, in die allgemeinen Aktivitäten einer Fachgruppe involviert zu sein: gemeinsame Exkursionen, Weihnachts- oder Sommerfeiern sind eine wunderbare Gelegenheit, die erfahreneren Wissenschaftler*innen auch einmal außerhalb einer Vorlesung kennenzulernen. Außerdem sind die anderen Studierenden der Fachgruppe genau die Leute, die dir später bei der Dissertation, auf Tagungen oder im Berufsleben wieder begegnen werden.

Wenn ihr die GMIT lest, stehen die Chancen gut, dass ihr euch schon in einer der geowissenschaftlichen Fachgesellschaften angemeldet habt oder es zumindest in Erwägung zieht. Solltet ihr euch für die Mineralogie im Allgemeinen oder bereits für die angewandte Mineralogie im Speziellen interessieren, ist natürlich die DMG die Fachgesellschaft der Wahl. Ich bin seit 2022 Mitglied und fahre regelmäßig auf das Sektionstreffen der Kristallographie und Angewandten Mineralogie nach Bad Windsheim und auf die Jahrestagungen. Ich habe die DMG als jederzeit hilfsbereit und unterstützend kennengelernt. Außerdem lernt man auch hier wieder die Menschen kennen, bei denen man sich vielleicht mal auf eine Promotions- oder PostDoc-Stelle bewirbt.

4. Was ist Dein Lieblingsmineral?

Ich finde, das ist eine wirklich schwer zu beantwortende Frage. Rein optisch finde ich Granat faszinierend. Von dunkelrot bis grün treten sie in einem beeindruckenden Farbspektrum auf und lassen sich wunderbar als Schmucksteine benutzen. Im Gelände findet man Granat wiederum häufig als idiomorphe Kristalle mit ihren typischen vom kubischen Kristallsystem diktierten Kristallformen.

Allerdings will ich hier auch eine Lanze für den eher unbekannten aber doch in den meisten Haushalten präsenten β-Eukryptit (LiAlSiO₄) brechen. Dieses zugegeben optisch unscheinbare Inselsilikat vereint gleich mehrere spannende Eigenschaften: β-Eukryptit teilt sich seine Raumgruppe mit Hochquarz, mit dem es auch eine perfekte Mischkristallreihe bildet. Außerdem wird β-Eukryptit in der Glaskeramik von Kochfeldern verwendet, da es in diesem Anwendungsbereich eine leicht negative Wärmeausdehnung aufweist. Das schützt das Kochfeld vor thermischem Schock und erhöht dessen Langlebigkeit.

Ich bin auf β-Eukryptit im Rahmen meiner Doktorarbeit aufmerksam geworden, da er chemisch gesehen, dem wichtigsten Lithiumerzmineral Spodumen (LiAlSi₂O₆) stark ähnelt. Durch den geringeren SiO₂-Anteil enthält der β-Eukryptit jedoch anteilig mehr Lithium, was ihn als sekundären Lithiumrohstoff äußerst interessant macht.