NASA sucht aus 18 Kilometern Höhe nach Lithium

Gallium braucht es für Solarzellen, Titan und Wolfram für die Raumfahrt oder in der Verteidigung. Zu den rund 50 kritischen Rohstoffen, die von der EU identifiziert wurden, gehört aber auch Lithium. Dabei handelt es sich um ein weiß-silbernes Metall, das beispielsweise zur Herstellung von Batterien verwendet wird. 

Die EU möchte mit dieser Liste und begleitenden Maßnahmen sicherstellen, dass genügend kritische Rohstoffe vorhanden sind. Denn ist das nicht der Fall, bleibt die Union abhängig von Importen aus Drittstaaten. Kommt es zu Lieferkettenproblemen oder geopolitischen Konflikten, kann das dazu führen, dass akkubetriebene Geräte um einiges teurer werden könnten. Das ist vor allem in einer zunehmend digitalisierten Gesellschaft und auch in Zeiten der Energiewende ein wirtschaftliches Problem. 

Auch in den USA will man in Sachen kritischer Rohstoffen unabhängiger werden. Dafür nutzt die NASA AVIRIS-5, also ein hochpräzises, bildgebendes Spektrometer. Aus 18 Kilometern Höhe soll der Sensor Mineralvorkommen auf trockenen, baumlosen Gebieten im Westen der USA identifizieren. 

Der AVIRIS-5-Sensor

Um Lithium zu finden, nutzt man bisher geophysikalische, mineralogische und geochemische Methoden oder Erkundungsbohrungen. Weltweit kommt Lithium mit etwa 0,006 Prozent in der Erdkruste vor. Das klingt zwar nicht viel, aber eigentlich ist Lithium gar nicht so selten. Es kommt beispielsweise häufiger vor als Blei. Das Problem ist aber, dass es hauptsächlich in Salzen und Gesteinen vorkommt, aus welchen man es extrahieren muss. Das ist sehr aufwändig und lohnt sich nicht immer wirtschaftlich.

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Einfacher soll das durch AVIRIS-5 (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer-5) werden. Der Sensor ist ungefähr so groß wie eine Mikrowelle und wurde vom NASA Jet Propulsion Laboratory entwickelt

Befestigt wird er in der Nase des Forschungsflugzeuges ER-2. In einer Höhe von 18 Kilometern soll AVIRIS-5 Geologen dabei helfen, wichtige Mineralien wie Lithium in Gesteinsarten an der Erdoberfläche aufzuspüren, in denen es häufig vorkommt. 

Wie der Sensor funktioniert 

Ein Beispiel dafür ist der lithiumhaltige Ton namens Hectorit, den der Sensor bereits aufgespürt hat. Fliegt das Flugzeug über das Gelände, erkennt das bildgebende Spektrometer, aus welchen Gesteinen die Erdoberfläche zusammengesetzt ist. Das ist möglich, weil es spezielle Wellenlängen des Lichts erfassen kann, die Gesteine durch ihre einzigartigen chemischen Strukturen reflektieren. 

So erfassen Sensoren wie AVIRIS-5 Hunderte von Wellenlängen des Lichts - vom sichtbaren bis zum kurzwelligen Infrarotbereich. Das Gerät besteht hauptsächlich aus Spiegeln, sogenannten Detektorarrays (also Gruppen von Sensoren) und Elektronenstrahlengitter, die das von einer Oberfläche reflektierte Licht einfangen und es wie ein Prisma in seine einzelnen Farben zerlegen. 

Veranschaulicht werden die gewonnenen Daten mithilfe von sogenannten Bilderwürfeln. Auf der oberen Platte sieht man beispielsweise Felder und Straßen und darunter die erfassten Wellenlängen des Lichts, die Aufschluss auf die vorkommenden Mineralien geben.   

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Technologie aus den 1970ern 

Neu ist diese Art von Technologie nicht. Die bildgebende Spektroskopie wurde schon in den 1970ern entwickelt und genutzt, um die Kruste des Mars zu kartografieren oder 2009 zum ersten Mal Wasser auf der Mondoberfläche zu erfassen. Mittlerweile ist die Technologie aber um einiges präziser geworden. 

Das liegt auch an Materialien, wie schwarzem Silikon -  eine der dunkelsten Substanzen, die jemals hergestellt wurden. Durch den Einsatz des speziellen Materials wird vermieden, dass Streulicht die Proben verzerrt. AVIRIS-5 hat durch Anpassungen wie diese mittlerweile eine räumliche Auflösung, die doppelt so hoch ist wie bei seinen Vorgängern. Das heißt, der Sensor kann Bereiche zwischen 30 Zentimetern bis hin zu 10 Metern auflösen. 

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„Kritische Mineralien sind nur der Anfang für AVIRIS-5. Die Bandbreite der verschiedenen Fragen, die man mit dieser Technologie angehen kann, ist wirklich spannend - von der Landbewirtschaftung über Schneedecken-Wasserressourcen bis hin zum Waldbrandrisiko“, sagt Dana Chadwick von der NASA. 

4 Jahre auf Mission 

Den ersten Testflug absolviert AVIRIS-5 bereits Anfang des Jahres. Mittlerweile hat der Sensor im Rahmen des Projekts GEMx (Geological Earth Mapping Experiment) mehr als 200 Flugstunden über Kalifornien, Nevada und anderen westlichen Bundesstaaten der USA absolviert. 

Die Flüge mit AVIRIS-5 sind laut NASA Teil der größten Luftkampagne dieser Art in den USA. Sie werden in Zusammenarbeit mit dem U.S. Geological Survey (USGS) durchgeführt. In den kommenden 4 Jahren soll AVIRIS-5 die Wissenschaftler bei der Suche nach kritischen Rohstoffen unterstützen. 

„Das GEMx-Team ist davon überzeugt, dass zumindest einige dieser Mineralien in noch unentdeckten Lagerstätten im Inland vorkommen und dass moderne Mineralienkarten die Exploration durch den privaten Sektor unterstützen werden“, sagt Kevin Reath, stellvertretender Projektleiter der NASA für GEMx.