Unter kritischen Rohstoffen bezeichnet man alle Rohstoffe, welche für Zukunftstechnologien wirtschaftlich wichtig sind, jedoch mit einem hohen Versorgungsrisiko verbunden sind. Dies rührt durch eine Abhängigkeit von Importen, potenziellen Engpässen und Handelsbeschränkungen in Drittländern. Ein Großteil dieser Rohstoffe findet sich in den Traktionsbatterien und Elektromotoren von Elektrofahrzeugen. Im Folgenden gewähren wir einen kurzen Überblick über die wichtigsten kritischen Ressourcen, deren Nutzen, Herkunft und gegebenenfalls auch Probleme.
*Die angegeben Werte zum Anteil der Rohstoffe beziehen sich auf eine beispielhafte Nickel-Mangan-Kobalt-Traktionsbatterie (NMC) mit 60 Kilowattstunden Kapazität und einem Gesamtgewicht von etwa 400 Kilogramm.
Lithium
Lithium kommt als Bestandteil der Kathode, Anode und als Elektrolyt in sämtlichen Lithium-Ionen-Batterien vor. Für eine Durchschnittsbatterie* werden circa sechs Kilogramm Lithium benötigt. Zwar sind die globalen Reserven für den Hochlauf ausreichend, doch aktuell kann es zu Engpässen kommen – dementsprechend hoch ist auch der Preis. Ein Ausbau der Förderkapazitäten und des Recyclings (mehr unter “Grundlagen des Batterie-Recyclings”) ist notwendig; der Recycling-Anteil ist bisher sehr niedrig. Ein Großteil des Lithiums stammt aus Australien, Chile und der Volksrepublik China, wobei jedoch der Großteil in China raffiniert wird. Die größten Reserven finden sich in Australien und in den Salzwüsten und -seen Chiles. Langfristig wird der Bedarf durch den Einsatz anderer Batteriechemien (z.B. Natrium-Ionen- oder Eisen-Luft-Batterien) und besserer Recycling-Methoden sinken.
Kobalt
Kobalt (auch Cobalt) wird in den Kathoden verschiedener Lithium-Ionen-Batterietypen genutzt. Für eine Durchschnittsbatterie* werden circa fünf Kilogramm Kobalt benötigt. Drei Viertel des Kobalts kommen aus der politisch instabilen Demokratischen Republik (DR) Kongo, wo es teilweise unter menschenwidrigen Bedingungen und mithilfe von Kinderarbeit im Kleinbergbau abgebaut wird. Gefördert wird auch in Russland und Indonesien – hier finden sich neben der DR Kongo und Australien auch noch einige Anteile der weltweiten Reserven. Wie beim Lithium konzentriert sich die Raffination des Kobalts hauptsächlich auf China. Zukünftige Batterien kommen mit weniger oder gänzlich ohne Kobalt aus. Auch die schon vergleichsweise hohe Recyclingquote von über 30 Prozent wird sich zukünftig steigern und den Bedarf ausgleichen.
Nickel
Auch Nickel ist ein wichtiger Bestandteil in den Kathoden vieler Lithium-Ionen-Batterietypen. Im Gegensatz zu Kobalt wächst der genutzte Anteil jedoch immer stärker an: So befinden sich in einer Durchschnittsbatterie* etwa 39 Kilogramm Nickel. Gefördert wird hauptsächlich in Indonesien und auf den Philippinen – wo sich die meisten Reserven befinden –, sowie in Russland. Der Großteil wird von der Stahlindustrie benötigt. Ein Drittel der Fördermenge wird in Indonesien raffiniert, ein Viertel in China. Durch die steigende Nachfrage müssen perspektivisch neue Ressourcen erschlossen werden.
Graphit
Im Alltag kennen wir das unscheinbare, grau-metallisch glänzende Mineral meist nur aus den Minen unserer Bleistifte. In den Anoden einer Durchschnittsbatterie* finden sich jedoch rund 52 bis 60 Kilogramm des Rohstoffs, was damit den größten Werkstoff-Anteil ausmacht. China ist hier mit Abstand führend in der Förderung und Raffination des natürlichen Flockengraphits, Reserven finden sich aber auch in Brasilien. Im Gegensatz zu den anderen kritischen Rohstoffen spielt neben dem Bergbau auch die synthetische Herstellung eine Rolle, und der Anteil an synthetischem Graphit steigt stetig. Durch den hohen Bedarf ist ein Ausbau der Förder- und auch Synthesemenge wichtig, wobei neuartige siliziumhaltige Anoden den Bedarf etwas verringern. Aufgrund der reichlich vorhandenen Menge spielt Recycling bisher noch keine große Rolle.
Mangan
Durchschnittlich fünf Kilogramm Mangan finden sich als namensgebender Bestandteil in Kathoden von Nickel-Mangan-Kobalt-(NMC)-Batterien. Für zukünftige High-Manganese-(Hi-Mn)-Batterien wird ein höherer Anteil benötigt, aktuelle Batteriesysteme kommen jedoch mit immer geringeren Mengen des Übergangsmetalls aus. Die Hauptfördergebiete finden sich in der Kalahari Südafrikas, Gabun und Australien, über zwei Drittel des geförderten Mangans wird jedoch in China raffiniert. In diesen Ländern finden sich auch die größten strategischen Reserven, ein kleiner Anteil findet sich aber auch in Indien. Der Tiefsee-Abbau von Manganknollen (pdf-Download) wird zukünftig als mögliche Quelle für Mangan und auch Nickel, Kupfer und Kobalt erwogen. Dabei bestehen große ökologische Risiken, da Eingriffe in die Tiefsee empfindliche Ökosysteme stören.
Kupfer
Kupfer spielt eine wesentliche Rolle in der Elektromobilität. Rund 20 Kilogramm werden als Stromabnehmer in der Anode einer Durchschnittsbatterie* verwendet. Es findet sich in der Bordelektronik und in Ladekabeln, und ist zudem essentiell im Ausbau des Stromnetzes. Die Nachfrage und der Preis steigen deshalb weiterhin an – auch Engpässe sind denkbar, obwohl die weltweiten Vorkommen von Kupfer den prognostizierten Bedarf deutlich übersteigen. Allerdings verfügt Europa nur über begrenzte eigene Ressourcen und ist daher auf Importe angewiesen. Ein Viertel des weltweiten Kupfers wird in Chile gefördert, andere wesentliche Produzenten sind Peru und die DR Kongo. Wie auch bei vielen anderen kritischen Rohstoffen konzentriert sich die Raffination auf China, nur knapp zehn Prozent werden in Chile raffiniert. Kupferrecycling ist ein etablierter Prozess, so liegt die globale Recyclingrate bei knapp 50 Prozent. Neue Aluminium-Stromabnehmer in Natrium-Ionen-Batterien reduzieren den Kupferbedarf perspektivisch.
Seltene Erden
Seltene Erden sind in Wahrheit weder selten, noch eigentliche „Erden“, sondern eine Gruppe von 17 metallischen Elementen, die für moderne Technologien unverzichtbar sind. In der Elektromobilität werden diese in den Permanentmagneten der Elektromotoren genutzt. Hier finden sich hauptsächlich Neodym, aber auch Praseodym, Dysprosium und Terbium, welche zusammen 30 Prozent des Gewichts des Magneten ausmachen. Vor einigen Jahren stiegen die Preise für Seltenerdmetalle und ihre Verbindungen, was unter anderem auf den Anteil von über 90 Prozent zurückzuführen ist, den die Volksrepublik China an der globalen Förderung und Verarbeitung dieser Metalle hält. Es existieren bereits Elektromotoren (z.B. Asynchron-Motoren), die gänzlich ohne seltene Erden auskommen oder den Anteil schwerer seltener Erden (Terbium und Dysprosium) reduzieren. Auch gibt es bereits Prozesse, um seltene Erden aus Magneten zu recyclen. Jedoch mangelt es oftmals noch an Rücknahmesystemen und Abnehmern und gilt als noch nicht wirtschaftlich.
*Die angegeben Werte zum Anteil der Rohstoffe beziehen sich auf eine beispielhafte Nickel-Mangan-Kobalt-Traktionsbatterie (NMC) mit 60 Kilowattstunden Kapazität und einem Gesamtgewicht von etwa 400 Kilogramm.
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