Lithium (Li) is considered a crucial element for energy transition due to its current irreplaceability in Li-ion batteries, particularly in electric vehicles. Market analysis indicates that Germany’s future automotive sector and planned battery cell production will necessitate significant quantities of global lithium production. At the same time, only 1% of the world’s Li production is currently sourced from Europe. Recently, geothermal brines in Germany have gained attention as a potential local raw material source. These brines exhibit elevated Li concentrations and substantial flow rates in geothermal plants, suggesting the possibility of viable local production. However, a comprehensive full-scale Li extraction process from geothermal brines is yet to be established, and uncertainties persist regarding its long-term behavior. To address this, a generic model based on the geothermal settings of the Upper Rhine Graben was developed, simulating a 30-year operational period for Li extraction. The simulation revealed a 40% depletion of lithium during the observation period, while heat production remained constant. Nonetheless, the model also demonstrated a mean Li production of 231 t per year (equivalent to 1230 t per year of lithium carbonate equivalent), which could significantly enhance the economic prospects of a geothermal power plant and, if applied to multiple plants, reduce Germany’s dependence on global lithium imports. The primary factor influencing productivity is the achievable flow rate, as it directly impacts access to the raw material, hence, emphasizing the importance of detailed reservoir exploration and development in optimizing future lithium production from geothermal brines.

Zusammenfassung: Die hier vorgestellte Arbeit liefert Hintergrundinformationen, um das Potenzial einer künftigen Lithiumproduktion aus geothermalen Fluiden in Deutschland abzuschätzen. Aus der wachsenden Nachfrage und der bisherigen Abhängigkeit von schlecht diversifizierten Überseequellen lässt sich eine hohe strategische Bedeutung einer möglichen Binnenquelle ableiten. Hinzu kommen ökologische Aspekte, wie CO₂-ärmere und flächenschonendere Lithiumgewinnungsmethoden.Basierend auf dem Technologievergleich zur direkten Lithiumextraktion aus geothermalen Fluiden und dem heutigen Ausbauzustand der Geothermie in Deutschland und dem französischen Teil des Oberrheingrabens wurden unterschiedliche Szenarien für die extrahierbare Menge an Lithiumkarbonat berechnet. So lässt sich im optimistischsten Szenario unter Berücksichtigung aller zurzeit aktiven Bohrungen eine maximale Produktion von 7200 t/a Lithiumkarbonat-Äquivalent prognostizieren. Damit könnten 5–19 % des jährlichen Bedarfs der geplanten deutschen Batteriezellenproduktion gedeckt werden.Schlüsselparameter für das Prozessdesign sind der nutzbare Volumenanteil des geothermalen Fluids und die Extraktionseffizienz. Die Unsicherheiten in der Ressourcenbewertung bezüglich Größe und Nachhaltigkeit ihrer Bewirtschaftung sind bislang noch beachtlich. Um die großen Potenziale dieser Technologie nutzen zu können, müssen diese zentralen Fragen geklärt werden.

Zusammenfassung: Die hier vorgestellte Arbeit schätzt den Stand der Extraktionstechnologien zur Lithiumgewinnung aus geothermalen Wässern basierend auf aktuellen wissenschaftlichen Studien ab und identifiziert mögliche technische Herausforderungen. Bewertet werden häufig diskutierte Technologien wie Flüssig-Flüssig-Extraktion, selektive Extraktion durch anorganische Sorptionsmittel, elektrochemische Methoden und Membrantechnologien hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Integrierbarkeit in die geothermische Energieproduktion. Aktuelle Forschungsprojekte haben verschiedene Extraktionsmethoden im Labor- und teilweise Prototypenmaßstab validiert. Eine Skalierung zu einem industriellen Prozess existiert bisher nicht. Dementsprechend fehlen Informationen bezüglich Dauerbetriebs sowie Einfluss standortspezifischer Hürden (Wasserchemie, Volumenstrom, Fließraten etc.) und zur tatsächlichen Wirtschaftlichkeit. Die Menge des rückgewinnbaren Lithiums ergibt sich in erster Linie aus der Konzentration des im Wasser gelösten Lithiums, der Extraktionseffizienz und -geschwindigkeit, sowie der Menge des verwendeten Extraktionsmittels. Das Zusammenspiel dieser Faktoren bestimmt die Verfahrenstechnik und die Größe der Extraktionsinfrastruktur. Je nach Verfahren werden die physikochemischen Eigenschaften des Wassers (pH, Eh, T, p etc.) während der Extraktion verändert, wodurch das Scaling- und Korrosionspotenzial gesteigert werden kann.Der aktuelle Stand der Technik zeigt ein frühes bis mittleres Technologiereifestadium bei Lithium-Extraktionseffizienzen in Laborexperimenten von 50–90 %. Unter den ungleich höheren Herausforderungen im laufenden Betrieb eines Geothermiekraftwerks, werden Extraktionseffizienzen im unteren Bereich dieser Bandbreite als realistisch angesehen.

The geoelectric properties of the geothermal system associated with the Tolhuaca volcano were investigated by three-dimensional (3D) inversion of magnetotelluric (MT) data. This study presents the first resistivity model of the Tolhuaca volcano derived from 3D MT inversion to have a better understanding of its magmatic and hydrothermal system. We selected data from 54 MT stations for 3D inversion. We performed a series of 3D MT inversion tests by changing the type of data to be inverted, as well as the starting model to obtain a model in agreement with the geology. The final 3D MT model presents a conductive body (<20 Ωm) located 2 km below the summit of Tolhuaca volcano, inferred as a shallow magmatic storage compartment. We also distinguish a ~300 m thick layer of high conductivity (1800 m from the surface) that had so far not been identified by previous resistivity models. The result of this study provides new insights into the complexity of the Tolhuaca geothermal system.