Selective silica removal in geothermal fluids: Implications for applications for geothermal power plant operation and mineral extraction

Spitzmüller, Laura; Goldberg, Valentin; Grimmer, Jens C.; Winter, Daniel; Genovese, Milena; Koschikowski, Joachim; Köhl, Thomas

doi:10.1016/j.geothermics.2021.102141

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“…Mineralphasen, wie beispielsweise amorphes SiO2, BaSO4, CaSO4, NaCl und KCl, zeigen eine Abnahme der Löslichkeit in Wasser mit sinkenden Temperaturen (Appelo 2015; Hörbrand et al 2018). Eine Mineralgruppe, die vor allem in Hochtemperatursystemen ein besondere Herausforderung darstellt, sind amorphe Silikatphasen (Goldberg et al 2021;Gunnarsson und Arnórsson 2005;Spitzmüller et al 2021). In einem Wasser mit ca.…”

Section: Wasser-feststoff-wechselwirkungen In Geothermiekraftwerkenunclassified

“…Mit entsprechenden Maßnahmen (Zugabe von Inhibitoren, Druckhaltung) sind die Ausfällungen zu kontrollieren, bedürfen aber stets einer standortspezifischen Evaluation und sind bis heute Gegenstand der Forschung (Eggeling et al 2018;EVA-M 2021;Scheiber et al 2019a). Entsprechend werden unkontrollierte Ausfällungen in der Geothermie-oder Extraktionsanlage auch als eine große Herausforderung für eine assoziierte Rohstoffextraktion gesehen (Goldberg et al 2021;Spitzmüller et al 2021).…”

Section: Wasser-feststoff-wechselwirkungen In Geothermiekraftwerkenunclassified

“…Bei LADH-CL liegt dieser Bereich bei pH 7, bei den anderen Verfahren (Mangan-und Titanoxid) wurden beste Effizienzen bei pH 9-13 experimentell nachgewiesen (Liu et al 2019). Insbesondere in den hohen pH-Bereichen (> 10) übersättigen unterschiedliche Mineralphasen, wie CSH-Phasen, und können zu Ausfällungen führen (Goldberg et al 2021;Greenberg und Chang 1965;Spitzmüller et al 2021) (Jiang et al 2020;Yu et al 2019), die mit Blick auf Fließraten von 80 l/s eine Herausforderung darstellt. Dies gilt insbesondere, da das Thermalwasser bei der Energieproduktion unmittelbar zurück in den Untergrund geleitet wird und damit normalerweise eine kurze obertägige Verweilzeit hat (Brasser et al 2014;Schilling et al 2022).…”

Section: Aktuelle Extraktionsprojekteunclassified

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Herausforderungen und Chancen für die Lithiumgewinnung aus geothermalen Systemen in Deutschland – Teil 1: Literaturvergleich bestehender Extraktionstechnologien

Goldberg

Kluge

Nitschke

2022

Grundwasser - Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie

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ZusammenfassungDie 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.

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Section: Wasser-feststoff-wechselwirkungen In Geothermiekraftwerkenunclassified

Section: Aktuelle Extraktionsprojekteunclassified

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Herausforderungen und Chancen für die Lithiumgewinnung aus geothermalen Systemen in Deutschland – Teil 1: Literaturvergleich bestehender Extraktionstechnologien

Goldberg

Kluge

Nitschke

2022

Grundwasser - Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie

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“…Not only is dissolved silicate fatal for the EGS process due to the scaling formation, high concentrations of dissolved silicate ions also have been reported to possibly inhibit the extraction efficiency of metal ions (Hano et al, 1992). Accordingly, several studies have reported methods to remove dissolved silicate from solutions (Putera et al, 2018;Spitzmüller et al, 2021), the relationship between the existence of silicate ions and the specific metal extraction efficiency during solvent extraction has not been researched fully. Therefore, in this study, different concentrations of silicate ions were tested in geothermal water to investigate their interaction and influence during lithium recovery from solvent extraction.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The Effect of Silicate Ions on the Separation of Lithium From Geothermal Fluid

Lee

Chung

2022

Front. Chem. Eng.

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In an enhanced geothermal system (EGS), geothermal energy in rocks with insufficient permeability or fluid saturation can be used by creating artificial geothermal reservoirs. Generally, EGS geothermal fluid contains high concentrations of total dissolved solids that originated from various geochemical reactions between the fluid in the reservoir and the minerals in the rock. For example, the concentration of lithium ions are measured approximately 150 mg/L, and several researchers have focused on the recovery of lithium in the geothermal fluid using various methods, one of which is liquid extraction. Solvent extraction has been used to recover lithium from various sources, and successful recovery efficiency have been attained. However, the geothermal fluid in EGS reservoirs contains high concentrations of SiO2, which might inhibit the selective recovery of lithium. Thus, in this study, two consecutive stages of solvent extraction were used to separate the lithium from the geothermal fluid that contained different concentrations of SiO2 ions. The divalent ions were removed in the first stage, and the lithium ions were extracted effectively in the second stage. The SiO2 inhibits the selective recovery of lithium in the first stage to a greater extent than it does in the second stage. The spectroscopy data shows a decrease of the organic solvents main functional group (P=O & P-O-H) absorbance that reacts with the metal ions of the geothermal water after extraction however the intensity difference was reduced as the SiO2 concentrations increases. Silicate ions can be problematic due to the formation of scaling in EGSs, so controlling its concentration in the geothermal reservoir would be beneficial for the long-term operation of EGSs and for the successful recovery of valuable metal resources from EGS reservoirs.

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“…These investigations, however, particularly neglected the impact of geothermal fluid on thermal efficiency in the ORC system. During system operation, the heat transfer between geothermal fluid and evaporator will directly impact on the total available heat for power generation (Mroczek et al, 2019;Ceglia et al, 2021;Mohamed et al, 2021;Spitzmüller et al, 2021). Thus, the investigation of geothermal fluid is another means by which the thermal efficiency of the ORC system will be improved.…”

mentioning

confidence: 99%

The Coupled Effects of Dryness and Non‐condensable Gas Content of Geothermal Fluid on the Power Generation Potential of an Enhanced Geothermal System

Jia

et al. 2021

Acta Geologica Sinica (Eng)

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The geothermal energy has developed rapidly, due to its inherent advantages of stability, renewability and its huge reserves (Deng et al., 2019). The applications of geothermal energy include space heating and cooling, greenhouse heating, aquaculture, bathing, thermal city networks and industrial uses (Chong et al., 2021). According to the depth of the geothermal energy, high temperature (> 160°C) and medium temperature (90-160°C) can be employed for power generation, while low temperature (< 90°C) is usually used by heat pumps for district heating. Hot dry rock (HDR) is a form of granite with a high temperature underground. In order to utilize the geothermal energy of HDR, an enhanced geothermal system (EGS) has been developed to extract thermal energy. Based on the forecast power generation capacity, the estimated potential electricity generated by HDR ranges between 117.5 EJ/year (down to 3 km depth) and 1108.6 EJ/year (down to 10 km depth) (Ambriz-Dí az et al., 2021). In China, the conventional hydro-geothermal resources are equivalent to 1.25 trillion tons of standard coal, with the annually exploitable resources being equivalent to 1.9 billion tons of standard coal. The distribution of geothermal resources (China basemap after the China National Bureau of Surveying and Mapping Geographical Information) is shown in Fig. 1 .From the perspective of indicating how EGS has developed globally, in 2010 there were 10715 MW of power generated in 24 countries, with the expectation that it would expected to provide 67246 GWh electricity. The United States has had the highest rate of geothermal electricity production

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Selective silica removal in geothermal fluids: Implications for applications for geothermal power plant operation and mineral extraction

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Herausforderungen und Chancen für die Lithiumgewinnung aus geothermalen Systemen in Deutschland – Teil 1: Literaturvergleich bestehender Extraktionstechnologien

Herausforderungen und Chancen für die Lithiumgewinnung aus geothermalen Systemen in Deutschland – Teil 1: Literaturvergleich bestehender Extraktionstechnologien

The Effect of Silicate Ions on the Separation of Lithium From Geothermal Fluid

The Coupled Effects of Dryness and Non‐condensable Gas Content of Geothermal Fluid on the Power Generation Potential of an Enhanced Geothermal System

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