Dieser Vortrag, gehalten von Robert Harris (Gründer von Rowow LLC) auf der 39. Jahrestagung der Florida SME Regional Mining and Phosphate Conference am 15. Oktober 2026, behandelt den Einsatz von Ionenaustauschmembran-Elektrolyse zur Säureregeneration und selektiven Metallrückgewinnung in der Bergbau- und Phosphatindustrie.
Handelsübliche Ionenaustauschmembranen kosten zwischen 229 und 242 US-Dollar pro Quadratfuß, sind fragil und schwer abzudichten. Harris präsentiert eine kostengünstige Eigenbaumembran (unter 1 USD pro Quadratfuß), hergestellt aus gemahlenem Wasserenthärterharz (Polystyrol) und PVC-Zement, die direkt in PVC-Rahmen gegossen werden kann und ohne Dichtungen auskommt. Das vorgestellte geschlossene Kreislaufsystem nutzt verdünnte Salzsäure und chlorbasierte Oxidationsmittel, um Metalle aus Erzen (einschließlich Edelmetallen und Seltenerden) zu lauschen. Die Metalle scheiden sich an der Kathode ab, während Anoden die Säure und das Oxidationsmittel aus Sole und Strom im geschlossenen System regenerieren.
Im Phosphatbereich geht der Vortrag auf die enormen Mengen an Wertstoffen ein, die in Florida derzeit als Abfall in Ton und Gips verloren gehen (darunter Seltene Erden und Fluor sowie bis zu 1.000 USD an Phosphorwert pro Tonne Produkt). Angesichts steigender Schwefelpreise (520 bis 600 USD pro Tonne im Jahr 2026) und der Abhängigkeit von Erdöl-Nebenprodukten bietet die membranbasierte Elektrolyse eine wirtschaftliche und ökologische Alternative zur Reduzierung von Abfallbergen und zur internen Chemikaliengewinnung. Das System wurde open-source (unter CERN-OHL-S v2 Lizenzen) veröffentlicht und von Dritten erfolgreich repliziert.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:00 Einführung & Grundlagen: Robert Harris unterscheidet zwischen Ionenaustauschharzen (wie ein chemischer Schwamm im Batch-Verfahren) und Ionenaustauschmembranen (nicht permeable, feste Filme, die mittels Elektrizität und Ionen-Selektivität Flüssigkeiten trennen, ohne Reagenzien zu verbrauchen).
1:05 Membran-Konfigurationen: Durch die Kombination von Kationenaustauschmembranen (lassen positive Ionen durch) und Anionenaustauschmembranen in Elektrolysezellen lassen sich Produkte wie Natronlauge, Chlor-Gas oder direkt Salzsäure erzeugen.
2:21 Phosphat- und Industriechemie: Die Phosphorproduktion beruht im Kern auf elektrochemischen Ionenverschiebungen, wobei drei Hauptprozesse (Säureerzeugung, Ionentrennung, Neutralisation) in einer einzigen Membran-Elektrolysezelle ablaufen.
4:02 Bestehende Anwendungen: Ionenaustauschmembran-Elektrolyse wird kommerziell in der Chlor-Alkali-Industrie, in Brennstoffzellen/Wasserstoff-Erzeugung sowie bei der Säureregeneration in Stahlwerken eingesetzt.
5:02 Marktehemmnisse im Bergbau: Hohe Kapital- und Betriebskosten (Membranpreise von hunderten Dollar pro Quadratfuß), mangelnde chemische Beständigkeit gegen starke Säuren/Oxidationsmittel, Fouling (Verschmutzung) und Dichtungsprobleme haben die Technologie im Bergbau bisher verhindert.
5:59 Günstige Eigenbau-Membran: Rowow LLC stellt Membranen für unter 1 USD/sq ft her, indem Wasserenthärter-Harz (Polystyrol) im Verhältnis 50/50 mit PVC-Zement aus dem Baumarkt gemischt und ausgegossen wird. Diese binden direkt in PVC-Rahmen und können auf Elektroden aufgegossen werden.
7:19 Open-Source-Modell: Die Rezeptur und die Konstruktionspläne sind unter einer CERN-OHL-S v2 Copyleft-Lizenz veröffentlicht; unabhängige YouTuber und Labore (wie NightHawkInLight und PushingButtons) haben die Funktionsfähigkeit in Tests unabhängig repliziert.
8:41 Leistungsdaten & Upgrades: Mit Unterstützung von Admiral Instruments (Squidstat Plus) validierte Daten zeigen eine vergleichbare Leistung zu kommerziellen Membranen. Patentangemeldete Verbesserungen umfassen hot-swappable Membranen, günstige Graphit-Anschlüsse und standardisierte modulare Zellen.
10:08 Phosphatindustrie-Analyse: 40% des Endprodukts in der Phosphatindustrie landen als Abfall (eine Milliarde Tonnen auf Halde, Kosten von 1 Milliarde USD/Jahr). Florida verschwendet jährlich 9.000 Tonnen Seltene Erden und verliert ca. 1.000 USD an Wert pro Tonne Phosphorprodukt.
12:16 Schwefel-Abhängigkeit: 80% des weltweiten Schwefels stammen aus der Ölraffinerie. Aktuelle Schwefelpreise (520–600 USD pro Tonne Produkt im Jahr 2026) machen den Einsatz von Strom-basierten Membran-Stacks gegenüber traditionellen Schwefel-Pfaden wirtschaftlich konkurrenzfähig, während gleichzeitig Abfallentsorgungskosten eingespart werden.
14:46 Kontinuierliche Bergbaueinheiten (CMU): Das geschlossene Kreislaufsystem leuchtet Erze aus, elektrolysiert Metalle (Gold, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Silber und 53 von 60 US-Kritischen Mineralien wurden per ICP-Analyse bestätigt) und regeneriert die Salzsäure im Anodenraum. Die Verarbeitung ganzer ICP-Totes an Minenabfällen benötigte weniger als 33 kWh (ca. 3 USD Stromkosten).
16:24 Trennverfahren & Zukunftspläne: Die Metatrennung erfolgt über Spannungskontrolle, pH-Wert-Regulierung, selektive Membranen oder ionische Lösungsmittel. Geplant ist der Bau von Pilot-Prototyp-Anlagen (skaliert von 1–2 Tonnen/Tag bis zu modularen 20–40 Tonnen/Tag Anhängern).
19:19 Fragerunde (F&A): Auf die Frage nach Scaling-Problemen und Kalzium-Fouling (Ausfällung) erklärt Harris, dass im stark sauren Bergbau-Kreislauf kein problematisches Fouling auftritt, während für andere Prozesse einstufige In-situ-Präventivmethoden entwickelt werden.
Glossar
Ionenaustauschmembran (IEM): Ein dünner, semipermeabler Kunststofffilm, der selektiv bestimmte Ionen (entweder positiv geladene Kationen oder negativ geladene Anionen) unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes passieren lässt, während er Flüssigkeiten und Gase trennt.
Kationenaustauschmembran (CEM): Eine spezifische Ionenaustauschmembran, die aufgrund fester negativer Ladungen in ihrer Matrix ausschließlich positiv geladene Ionen (Kationen wie $H^+$ oder Metallionen) durchlässt.
Anionenaustauschmembran (AEM): Eine Ionenaustauschmembran mit positiven Fixladungen, die den Durchtritt von negativ geladenen Ionen (Anionen wie $Cl^-$) erlaubt.
Elektrolyse: Ein elektrochemischer Prozess, bei dem ein elektrischer Strom eine ansonsten nicht spontane Redoxreaktion erzwingt, um Verbindungen (wie Salzlösungen oder Säuren) in ihre Bestandteile zu zerlegen.
Chlor-Alkali-Prozess: Ein industrielles Großverfahren zur Elektrolyse von Natriumchlorid-Sole (Kochsalzlösung), bei dem Chlor, Wasserstoff und Natronlauge (Natriumhydroxid) erzeugt werden.
ICP-MS / ICP-Analyse (Induktively Coupled Plasma Mass Spectrometry): Ein hochpräzises analytisches Verfahren zur Spurenelementbestimmung, mit dem Metalle und Elemente in Flüssigkeiten oder gelösten Erzen bis in den Ultraspurenbereich nachgewiesen werden.
Fouling: Die unerwünschte Ablagerung und Ansammlung von partikulären, biologischen oder kristallinen Stoffen (wie ausgefälltem Kalzium) auf der Oberfläche von Membranen, die deren Leistung beeinträchtigt.
Redoxpotential (ORP): Ein Maß für die Oxidations- bzw. Reduktionskraft einer chemischen Lösung, das angibt, wie leicht die Lösung Elektronen aufnehmen oder abgeben kann.
CERN-OHL-S v2: Die CERN Open Hardware Licence (Version 2, Strongly Reciprocal), eine Copyleft-Lizenz für offene Hardware, die vorschreibt, dass Weiterentwicklungen oder kommerzielle Produkte, die auf dem Design basieren, ebenfalls unter denselben Open-Source-Bedingungen veröffentlicht werden müssen.
Seltenerden (Rare Earth Elements): Eine Gruppe von 17 chemisch ähnlichen metallischen Elementen (darunter Scandium, Yttrium und die Lanthanoiden), die für moderne Elektronik-, Energie- und Verteidigungstechnologien als kritisch und strategisch wertvoll gelten.
Fluorospat (Calciumfluorid, $CaF_2$): Ein wichtiges Mineral, das als primäre Quelle für Fluor dient und von der US-Regierung als kritischer Mineralstoff eingestuft wird.