Batterierohstoffe
Der E-Mobilität gehört die Zukunft – oder doch nicht?
Beitrag von Serkan Taskiran M. Sc.
Im Zuge des elektromobilen Wandels stellt die Gewinnung und Bereitstellung der notwendigen Batterierohstoffe die Industrie künftig vor entscheidende Probleme. Hierbei gehört insbesondere Lithium zu einem der wichtigsten Stoffe in der Batterieproduktion. Mit einer Verknappung des Rohstoffs ist derzeit nicht zu rechnen – doch auch ökonomische und ökologische Aspekte müssen in die Betrachtung einbezogen werden. Eine Analyse zu den aktuellen Entwicklungen und Herausforderungen.
Agenda der deutschen Politik
Vor dem Hintergrund des Klimawandels und des global steigenden Energie- und Rohstoffbedarfs stehen heutzutage Energiesparen, Energieeffizienz und eine Ausweitung des Anteils erneuerbarer Energien weit oben auf der Agenda der deutschen Politik. Ziel ist es unter anderem, den Treibhauseffekt zu verringern, indem die Kohlenstoffdioxidemissionen, welche mit einem Anteil von ca. 85 Prozent den größten Stellhebel bilden, zu senken.
Elektroauto – so sauber wie der Strommix
Knapp ein Viertel dieser Emissionen sind dem Transportsektor zuzuordnen, der mehrheitlich durch Verbrennungsmotoren geprägt ist. Folglich scheinen Elektroautos – auch Zero Emission Vehicle genannt – eine gute Alternative im Kampf gegen den Klimawandel zu sein.
Theoretisch können sie zu 100 % mit erneuerbaren Energien betrieben werden, allerdings ist das Elektroauto nur so sauber wie der verwendete Strommix, welcher in Deutschland nur zu 29 % aus erneuerbaren Energien besteht. Die restlichen 71% werden aus fossilen Heiz-, Kraft- und Brennstoffen gewonnen [2].
Verfügbarkeit der Rohstoffe
Doch wie schwierig gestaltet es sich, basierend auf der künftigen Ressourcenverfügbarkeit, den Transportsektor weltweit zu elektrifizieren und welchen Beitrag kann das Recycling von Traktionsbatterien leisten?
Neben Kobalt, Nickel, Kupfer und Mangan ist insbesondere Lithium mit einem Massenanteil von 1,5 bis 2 % ein wichtiger Rohstoff in der Batterieproduktion. Für ein Elektroauto mit einem durchschnittlichen Batteriegewicht von 250 kg werden somit etwa 5 kg des Rohstoffs benötigt. Betrachtet man die weltweiten Reserven mit ca. 14 Mio. Tonnen und die aktuellen Fördermengen, so ergibt sich eine potentielle statische Reichweite von etwa 400 Jahren. Auch bei einem Anstieg der Fördermengen ist somit vermutlich nicht mit einer Verknappung vor dem Jahr 2050 zu rechnen, zumal große Ressourcen des Rohstoffs in den Weltmeeren existieren.
Allerdings müssen für eine Einschätzung der Kritikalität neben der geologischen Verfügbarkeit auch ökonomische und ökologische Aspekte beachtet werden. So ist der Abbau des Rohstoffs sehr aufwendig und mit einem hohen Wasser- sowie Energieverbrauch verbunden.
Zudem sind die Länderkonzentrationen sehr hoch, da Chile und China gemeinsam über 75% der abbauwürdigen Reserven besitzen und die Weiterverarbeitung des Metalls fast ausschließlich in China stattfindet. Dies kann unter Umständen zu Abhängigkeiten führen, die sich negativ auf die kurzfristige Verfügbarkeit des Rohstoffs auswirken.
Recycling als möglicher Ausweg
Einen möglichen Ausweg könnte das Recycling bieten, um sowohl die Umwelt zu schonen als auch unabhängiger zu werden. Mit jüngst entwickelten Recyclingverfahren wie „LiBRi“ oder „EcoBatRec“ existieren bereits Verfahren zur Rückgewinnung der Batteriematerialien.
Somit können bei einer angenommenen Nutzdauer von 5 bis 10 Jahren Traktionsbatterien die in den Jahren 2020 bis 2025 verbaut werden, im Jahr 2030 recycelt werden. Allerdings wird der Anteil der Elektrofahrzeuge im selben Zeitraum weiter ansteigen, sodass offen ist, wieviel des notwendigen Rohstoffbedarfs über die Sekundärgewinnung gesichert werden kann.
Geht man vom aktuellen weltweiten PKW-Bestand von ca. 1,5 Milliarden Fahrzeugen aus, so bräuchte man bereits heute über die Hälfte der weltweiten Lithiumreserven. Angesichts der noch nicht erschlossenen Ressourcen ist die Frage die in Zukunft beantwortet werden muss nicht, ob genügend Lithium existiert, sondern wieviel Aufwand man bereit ist, in die Gewinnung zu investieren.
Literatur
[1] (USGS) United States Geolocial Survey (2017): Mineral Commodity Summaries - LITHIUM
[2] Umweltbundesamt (2017): Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 - 2016
[3] Hoyer C. (2015): Strategische Planung des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen in Deutschland. Wiesbaden, Springer Gabler Verlag
[4] Martens H., Goldmann D. (2016): Recyclingtechnik. Fachbuch für Lehre und Praxis. Wiesbaden, Springer Verlag
Erstmals erschienen in: TiB Ausgabe 2018 Januar/Februar