Still Bright: US-Start-up will die Kupferindustrie grün machen

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Die Nachfrage nach Kupfer steigt weiter rasant, ebenso wie die ökologischen Probleme durch die dabei verwendeten dreckigen Produktionsprozesse. Die Gründer des Start-ups Still Bright glauben, dass sie eine bessere und vor allem grünere Methode gefunden haben, um Kupfer zu gewinnen. Das Unternehmen nutzt dabei wasserbasierte Reaktionen, die auf Verfahren aus der Batteriechemie basieren, um den Rohstoff in einem mehrstufigen Verfahren zu reinigen. Das Prinzip soll weniger umweltschädlich sein als das herkömmliche Schmelzen. Die Hoffnung: Die Technik könnte auch dazu beitragen, den wachsenden Druck auf die Kupferlieferkette zu verringern.

"Wir konzentrieren uns voll darauf, die sich abzeichnende Kupferversorgungskrise zu bewältigen", sagt Randy Allen, Mitbegründer und CEO von Still Bright. Kupfer ist heute ein wichtiger Bestandteil von allem, was aktuelle Technik ist – von elektrischen Leitungen bis hin zu haltbarem Kochgeschirr. Saubere Energietechnologien wie Sonnenkollektoren und Elektrofahrzeuge sorgen für eine noch größere Nachfrage nach Metall. Die weltweite Kupfernachfrage wird bis 2040 voraussichtlich um 40 Prozent steigen.

Große Nachfrage nach Kupfer

Mit der steigenden Nachfrage nehmen auch die negativen Klima- und Umweltauswirkungen der Kupfergewinnung zu, also des Prozesses, bei dem Erz zu reinem Metall verarbeitet wird. Außerdem wächst die Sorge rund um die geografische Konzentration der Kupferlieferkette. Kupfer wird zwar auf der ganzen Welt abgebaut, und in der Vergangenheit verfügten viele dieser Minen über eigene Schmelzanlagen, um das geförderte Erz zu verarbeiten. (Sie gewinnen reines Kupfer, indem sie konzentriertes Kupfererz bei hohen Temperaturen verbrennen.) Heute hat sich die Kupferschmelzindustrie jedoch konsolidiert, sodass viele Minen Kupferkonzentrat einfach nur an Schmelzanlagen in Asien, insbesondere in China, liefern, wo es weiterverarbeitet wird.

Das liegt zum Teil daran, dass die Verhüttung viel Energie und chemische Stoffe verbraucht und schwefelhaltige Emissionen verursachen kann, die die Luftqualität beeinträchtigen. "Wir haben die ökologischen und sozialen Probleme an einen anderen Ort verlagert", sagt Simon Jowitt, Professor an der University of Nevada, Reno, der Direktor des Nevada Bureau of Mines and Geology ist. Es sei zwar möglich, die Emissionen einer Schmelzanlage von vielen Schadstoffen zu befreien – und die Technik sei viel sauberer als früher, sagt Jowitt. Insgesamt sind Kupferschmelzen jedoch weiter ein Problem.

Batterien inspirieren Prozess

Selbst Länder wie die USA, die über reichlich Kupferreserven und aktive Minen verfügen, liefern daher Kupferkonzentrat, das bis zu etwa 30 Prozent Kupfer enthält, größtenteils nach China oder in andere Länder zur Verhüttung. Derzeit gibt es in den USA nur zwei in Betrieb befindliche, große Kupferschmelzen. In Deutschland wird gar kein Kupfer abgebaut. Still Bright verzichtet zunächst auf den pyrometallurgischen Prozess, den Schmelzen verwenden. Es setzt stattdessen auf einen chemischen Ansatz, der teilweise von sogenannten Vanadium-Flow-Batterien inspiriert ist.

Im Reaktor des Start-ups reagiert Vanadium mit den Kupferverbindungen im Kupferkonzentrat. Das Kupfermetall bleibt fest, während viele der Verunreinigungen in der flüssigen Phase zurückbleiben. Der gesamte Vorgang dauert zwischen 30 und 90 Minuten. Der Feststoff, der nach dieser Reaktion etwa 70 Prozent Kupfer enthält, kann dann in einen anderen, in der Bergbauindustrie etablierten Prozess, die sogenannte Lösungsmittelextraktion mit Electrowinning, gegeben werden, um Kupfer mit einer Reinheit von über 99 Prozent herzustellen.

Wie das Kupfer-Verfahren von Still Bright funktioniert

Die Still-Bright-Idee ist bei weitem nicht der erste Versuch, Kupfer mit einem wasserbasierten chemischen Verfahren zu verarbeiten. Heute wird beispielsweise schon ein Teil des Kupfererzes mit Säure verarbeitet, und Ceibo, ein Start-up mit Sitz in Chile, versucht, eine Variante dieses Verfahrens auf die Art von Kupfer anzuwenden, die traditionell geschmolzen wird. Der Unterschied liegt bei Still Bright in der besonderen Chemie, insbesondere in der Entscheidung, Vanadium zu verwenden.

Jon Vardner, einer der Gründer von Still Bright, forschte zu Kupferreaktionen und Vanadium-Flow-Batterien, als er auf die Idee kam, eine Kupfergewinnungsreaktion mit einem elektrischen Ladeschritt zu kombinieren, bei dem das Vanadium recycelt werden kann. Nachdem das Vanadium mit dem Kupfer reagiert hat, kann die flüssige Mischung in einen Elektrolyseur geleitet werden, der das Vanadium mithilfe von Strom wieder in eine Form umwandelt, die erneut mit Kupfer reagieren kann. Es handelt sich im Grunde um denselben Prozess, den Vanadium-Flow-Batterien zum Aufladen verwenden.

Andere chemische Verfahren zur Kupferveredelung benötigen hohe Temperaturen oder extrem saure Umgebungen. Nur so läuft die Reaktion schnell genug ab und es wird sichergestellt, dass das gesamte Kupfer reagiert. Der Prozess von Still Bright funktioniert hingegen auch bei Umgebungstemperaturen. Einer der größten Vorteile dieses Ansatzes ist die Verringerung der Umweltbelastung. Bei der traditionellen Verhüttung wird das Zielmaterial auf über 1.200 Grad Celsius erhitzt, wodurch schwefelhaltige Gase entstehen, die in die Atmosphäre freigesetzt werden.

Bei dem Verfahren von Still Bright entsteht stattdessen Schwefelwasserstoffgas als Nebenprodukt. Es handelt sich zwar immer noch um ein gefährliches Material, das jedoch effektiv aufgefangen und in nützliche Nebenprodukte umgewandelt werden kann, sagt Allen. Eine weitere potenzielle Verschmutzungsquelle sind die nach dem Raffinationsprozess verbleibenden Sulfidmineralien, die bei Kontakt mit Luft und Wasser Schwefelsäure bilden können (dies tritt auch häufig bei Bergbauabfällen auf). Auch bei dem Verfahren von Still Bright entsteht dieses Material, und das Unternehmen plant, es sorgfältig zu lagern, um sicherzustellen, dass es nicht ins Grundwasser gelangt.

Pilotanlage geplant

Das Start-up testet sein Verfahren derzeit in einem Labor in New Jersey und plant den Bau einer Pilotanlage in Colorado, die eine Kapazität von etwa zwei Tonnen Kupfer pro Jahr haben wird. Als Nächstes soll ein Reaktor im Demonstrationsmaßstab mit einer Jahreskapazität von 500 Tonnen gebaut werden, der 2027 oder 2028 an einer Kupfermine in Betrieb gehen soll, sagt Allen. Still Bright hat kürzlich eine Kapitalrunde in Höhe von 18,7 Millionen US-Dollar abgeschlossen, um den Skalierungsprozess zu unterstützen.

Wie die Skalierung verläuft, wird ein entscheidender Test für die Technologie – und zeigen, ob die typischerweise konservative Bergbauindustrie mitziehen wird, sagt Jowitt von der University of Nevada: "Die möchten sehen, was im industriellen Maßstab möglich ist. Und ich denke, bis es so weit ist, werden die Leute vielleicht noch zögern, sich darauf einzulassen."

Dieser Beitrag ist zuerst auf t3n.de erschienen.

(jle)