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Am Rand des Vulkans: Eine Forschungsreise in Zeiten von Corona

In seinem Promotionsprojekt beschäftigt sich der Doktorand Valentin Goldberg mit nachhaltigen Methoden zur Lithiumgewinnung aus geothermalen Wässern. Während die Welt aufgrund der Coronakrise den Atem anhält, befindet er sich auf dem abgelegenen Vulkan Tolhuaca in Chile – und bekommt zunächst nichts mit.

Text: Valentin Goldberg
Fotos: Valentin Goldberg, Alberto Espinoza

Valentin ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Geowissenschaften des KIT. Dort forscht er im Projekt BrineMine an der Prozessierbarkeit geothermaler Fluide für die Lithiumextraktion. Was genau das bedeutet und was er auf seiner Forschungsreise nach Chile erlebt hat, hat er für clicKIT in einem Reisebericht festgehalten:

Die letzten Vorbereitungen meiner Feldkampagne fanden Anfang März in Santiago de Chile statt, einer Stadt im Ausnahmezustand. Das Coronavirus war hier noch kein Thema, aber Chile befand sich schon vorher in einer Krise. So konnte ich regelmäßig beobachten, wie gegen die soziale Ungleichheit im Land demonstriert wurde und die Polizei hart durchgriff. Da viele Studierende der Universidad de Chile den Protest unterstützten, kam es auch im direkten Umfeld der Universität zur Konfrontation und Einschränkungen im Forschungs- und Lehrbetrieb.

Ganz anders war die Situation im 700 Kilometer südlich gelegenen Curacautín, einer friedlichen Kleinstadt am Fuße des Tolhuaca-Vulkans. Von dort startete unsere Forschungsgruppe – bestehend aus dem chilenischen Geologen Alberto Espinoza von der Firma Transmark Renewables und mir, – um Wasserproben aus entlegenen Thermalquellen zu entnehmen. Da aufgrund der Vegetation und der Topografie eine Anfahrt mit dem Geländewagen nicht möglich war, erfolgte die Anreise traditionell chilenisch: per Pferd. Dafür wurde der ortsansässige Arriero (Lasttiertreiber) engagiert – Don Juan. Mit seinen Pferden transportiert er schon seit vielen Jahren Menschen und Lasten und kennt den Vulkan wohl besser als jeder Wissenschaftler. Neben dem Wissen über die Routen, verfügt er auch über beeindruckende Kenntnisse zu Lage und Beschaffenheit sämtlicher Quellen und Fumarolen im Vulkangebiet, womit er ein wichtiger Partner bei unserem Unterfangen war.

Ziel der Reise: der Vulkan Tolhuaca in den chilenischen Anden

Forschung im Dienste nachhaltiger Lithiumproduktion

Bevor wir nun aber der Probennahme entgegenreiten, ist der Zeitpunkt für einige wichtige Anmerkungen gekommen: Bei meinem Promotionsprojekt geht es nicht um die Ausbeutung von Chiles Rohstoffen auf Kosten von Natur und Menschen vor Ort. Im Gegenteil: Meine Forschungsarbeit beschäftigt sich vielmehr mit einer nachhaltigen Rohstoff- und Trinkwassergewinnung aus geothermalen Wässern. Hintergrund ist die immer größer werdende, weltweite Nachfrage nach Lithium für die Batterieherstellung. Diese Nachfrage wird unter anderem mit der Produktion von Lithium aus den Grundwässern der Atacama-Wüste im Dreiländereck Chile-Bolivien-Argentinien bedient. Um das Lithium wirtschaftlich gewinnen zu können, wird dieses Wasser an die Wüstenoberfläche in große Becken gepumpt um durch die Verdunstung des Wassers eine Anreicherung des Lithiums zu erreichen. Gerade in einer der trockensten Regionen der Welt führt diese Art der Gewinnung aber zu verschiedenen Umwelt- und Wassernutzungskonflikten mit den dort ansässigen indigenen Völkern.

Ein alternativer Ansatz der Gewinnung von Lithium und weiterer Rohstoffe ist die Abscheidung aus thermalen Tiefenwässern. Dieses Verfahren wird am KIT, Lehrstuhl für Geothermie von Professor Thomas Kohl, zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme und dem Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes der Universidad de Chile verfolgt. Ziel des Projekts BrineMine  ist es, das Wasser und die darin enthaltenen, mineralischen Rohstoffe mit der wassereigenen Energie voneinander zu trennen. Für Projektleiter Dr. Sebastian Held bietet diese ressourcenschonende Methode gerade in trockenen Regionen das Potenzial, neben den Rohstoffen auch Trinkwasser für die Bevölkerung vor Ort zu gewinnen.

Am Anfang einer solchen Rohstoffgewinnung steht die Exploration möglicher geothermaler Systeme. Ein vielversprechendes System ist dabei das Gebiet rund um den Vulkan Tolhuaca im Süden Chiles. Ziel unserer Expedition war es, die chemische Zusammensetzung der Wässer exakt zu bestimmen, um potenziell gewinnbare Rohstoffe für unsere nachhaltige Methode zu identifizieren und die Fließregime des Wassers zu analysieren. Bei den Fließregimen untersuchen wir, wie die Wasserströmungen im Untergrund zusammenhängen und wie sich das heiße Tiefenwasser mit dem kalten Oberflächenwasser vermischt.

Aufbruch zur Expedition mit dem Pferd

Am Fuße des Vulkans wurden also die Pferde gesattelt und das Equipment fest verzurrt. Über schmale, von den Pferden in den Untergrund getretene Pfade ging es in einem mehrstündigen Ritt hoch in Richtung der Spitze des etwa 2800 Meter hohen Tolhuacas. Beim Anstieg passierten wir mehrere Vegetationszonen. Die anfänglichen dichten Wälder sowie Flussläufe, die gekreuzt werden mussten, stellten eine besondere Herausforderung dar. Immer wieder mussten Zwangspausen eingelegt werden, um verlorenes Gepäck einzusammeln oder die Ladung neu zu befestigen. Über steile Hänge gewannen wir aber schnell an Höhenmetern, während sich der Wald Stück für Stück lichtete und vereinzelten kleinen Bäumen und Büschen wich. An der oberen Grenze der Vegetation, am Übergang zu kargen, von Gletschern überprägten Steinlandschaften, war das Gebiet erreicht, wo wir unser Camp errichteten.

Valentins Begleiter, der Geologe Alberto Espinoza

Dieses „Camp“ bestand aus einem kleinen Zwei-Mann-Zelt, das Alberto und mir sowie unserem Equipment Unterschlupf bot. Don Juan zog mit den Pferden zurück ins Tal und als einziger Kontakt zur Außenwelt blieb nun ein Notfall-Satellitentelefon.

Die Forschungsarbeiten auf Tolhuaca

Um das Gebiet der Probennahme zu erreichen, ging es anschließend jeden Morgen mit dem Equipment im Rucksack 500 Höhenmeter auf die Spitze des Vulkans zu dem Gebiet, in dem sich die heißen Quellen befinden. Die Vegetation wich dort trockenen Schotterhalden, Gletscherspuren auf dem Untergrund, erkalteten Lavaströmen und letzten Gletscherüberresten.

Die Quellen hatten ganz unterschiedliche Erscheinungsformen. Es gab einfach zugängliche Pools sowie von Algen und Moosen bedeckte Wasseraustritte. Besonders herausfordernd waren brodelnde Hochtemperaturquellen, die mit dampfenden Fumarolen auftraten.

Bevor die Beprobung einer Quelle beginnen konnte, galt es die ideale Austrittsstelle des Thermalwassers zu bestimmen. Dafür wurde der Bereich der höchsten Temperatur gewählt, der ebenfalls eine ausreichende Schüttung bieten musste. Die Beprobung der bis zu 89 Grad Celsius heißen Quellen erfolgte über direkte Messungen an der Quelle sowie durch Wasserentnahme für spätere Analysen im Labor. Für die Messungen im Labor mussten die Proben unterschiedlich aufbereitet werden, um sie je nach durchzuführender Messung für den Transport zu konservieren. Dazu müssen Proben beispielsweise angesäuert werden um chemische Reaktionen zu verhindern oder diese müssen unter der Wasseroberfläche verschlossen werden, um eine Kontamination mit der Atmosphäre zu vermeiden. Gerade bei den besonders heißen Quellen stellte das eine besondere Herausforderung dar.

Mit den Proben im Gepäck ging es jeden Abend von der Spitze des Vulkans zurück zum Camp. Während die Temperaturen am Tag 30 Grad Celsius erreichen konnten, kühlte es in der Nacht teilweise bis unter den Gefrierpunkt ab. Eine Entlohnung für alle Strapazen waren die Aussicht über das Tal sowie der von Lichtverschmutzung unbeeinflusste, klare Sternenhimmel – mitten darin die gut sichtbare Milchstraße.

Jeden Morgen ging es aufs Neue auf die Spitze des Vulkans und abends mit den durch die genommenen Proben beschwerten Rucksäcken zurück ins Lager. Wir wollten möglichst viele Quellen beproben, um eine gute Abdeckung des Gebiets rund um die Spitze des Vulkans zu erhalten. Die Beprobung einer Quelle dauerte bis zu drei Stunden, weshalb mit den langen Laufwegen gerade maximal zwei Quellen pro Tag zu schaffen waren. Jede Quelle hatte dabei ihre individuellen Herausforderungen und auch der Vulkan zeigte sich jeden Tag von einer neuen Seite: Manchmal schenkte er uns phantastische Aussichten über das Umland und die benachbarten Vulkane, dann wieder forderte er uns mit steilen Hängen und rutschigen Schotterhalden heraus, die zu überwinden waren.

Nach einer knappen Woche war der Tag der Abreise gekommen. Don Juan erschien am Horizont mit den Pferden und die Ladung wurde für den Abstieg bereitgemacht. Mit schweren Taschen, gefüllt mit 20 Kilogramm Wasserproben, begann so der Ritt nach unten ins Tal. Wir waren völlig ahnungslos, was uns dort erwartete.

Epilog: Zurück in einer verwandelten Welt

Der Ort Curacautín, den wir erreichten, war ein anderer geworden. Wir sahen Menschen mit Mundschutz auf den Straßen, vor den Supermärkten bildeten sich lange Schlangen und vor den Tankstellen reihten sich die Autos. Bald erreichte uns ein Anruf aus Santiago de Chile, in dem wir unmissverständlich aufgefordert wurden, den Süden Chiles so schnell wie möglich zu verlassen. Denn nach Auftreten der ersten Covid-19-Fälle wurden nun auch in Chile immer mehr Städte abgeriegelt. Die Hauptstadt, die wir noch am selben Abend erreichten, war ebenfalls wie verwandelt. Die Straßen der vorher so lebendigen Stadt waren jetzt wie leergefegt. Von den Protesten war keine Spur mehr zu sehen. Auf den normalerweise für bunte Werbung genutzten Leuchttafeln stand nun „Zona de cuarentena“ – in leuchtenden roten Lettern.


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Geschrieben von: Denis Elbl