Lithium für Elektroautos: Weißes Gold mit dem schwarzen Fleck

Unternehmen etablieren umweltfreundlichere Methoden zum Lithium Abbau.

Die dringendste Herausforderung der Elektromobilität und der aktuellen Batteriespeicherhaltung ist, wie man die Nachfrage nach Lithium nachhaltig sichern kann, um den Traum von umweltfreundlichen Autos Wirklichkeit werden zu lassen. Bisherige Methoden für den Lithium-Abbau wie die Verdunstungstechnologie und der Bergbau sind umstritten. Zudem dominiert China den Markt. Für Automobilhersteller stellt dies ein Problem dar, wenn es um die umweltfreundliche Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien geht. Es ist an der Zeit, bessere und effizientere Alternativen zu entwickeln. Können die Fördermethoden von Vulcan Energy oder EnergyX dazu beitragen, diese Herausforderung zu bewältigen?

Was ist Lithium eigentlich?

Lithium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 3 im Periodensystem und hat die Eigenschaften eines Alkalimetalls. Es ist ein sehr leichtes Metall und hat eine hohe spezifische Kapazität, wodurch es eine hervorragende Wahl für Elektroauto-Batterien ist. In diesem Blogpost werden wir uns genauer mit der Verwendung in Elektroauto-Batterien befassen und wie es zu einer nachhaltigeren Mobilität beitragen kann.

Welche Bedeutung hat weißes Gold für Elektroauto-Batterien?

Li-Ion-Batterien dominieren den Markt der Elektroautos aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit. Diese Art von Batterien besteht aus einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyten, der den Elektronentransfer ermöglicht. Für die Kathode wird oft „weißes Gold“ verwendet, da es eine hohe Energiedichte und spezifische Kapazität aufweist. Die Anode besteht normalerweise aus Graphit.

Die Lebensdauer von Li-Ion-Batterien ist beeindruckend und sie können tausende von Ladezyklen durchlaufen, bevor sie ersetzt werden müssen. Dies macht sie zur idealen Wahl für Elektroautos, die eine lange Haltbarkeit benötigen. Zusätzlich können Li-Ion-Batterien schnell aufgeladen werden und sind im Vergleich zu anderen Batterietypen wie Blei-Säure-Batterien leichter und haben eine höhere Energiedichte. Das Ergebnis sind Elektroautos mit einer längeren Reichweite und höherer Leistung.

Welche Umweltauswirkungen gibt es?

Li-Ion-Batterien gelten als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Langlebigkeit. Dennoch sind sie nicht völlig frei von Umweltauswirkungen. Der Bergbau, der für die Gewinnung von Lithium benötigt wird, kann negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, besonders wenn er in großen Mengen und in empfindlichen Ökosystemen stattfindet. Zusätzlich können bei der Herstellung von Li-Ion-Batterien schädliche Chemikalien zum Einsatz kommen, die die Umwelt belasten.

Um diese Auswirkungen zu minimieren, arbeiten Cleantech-Unternehmen wie EnergyX, Lilac Solutions und Vulcan Energy an der Entwicklung nachhaltigerer und umweltfreundlicher Methoden zur Lithiumgewinnung und zur Reduzierung des Einsatzes schädlicher Chemikalien bei der Batterieproduktion.

Wie entwickelt sich die Nachfrage nach dem weißen Gold?

In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage nach Lithium aufgrund der steigenden Beliebtheit von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere in Elektroautos, stark angestiegen. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer höheren Energiedichte und längeren Lebensdauer im Vergleich zu anderen Arten von Batterien bevorzugt.

Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) wird die Lithiumnachfrage bis 2030 voraussichtlich das Vierfache erreichen. Dieser Anstieg resultiert aus dem verstärkten Fokus vieler Länder auf sauberer Energie und Elektromobilität. Lithium-Ionen-Batterien finden nicht nur in Elektrofahrzeugen Verwendung, sondern auch in anderen Bereichen wie Energiespeicherung, Unterhaltungselektronik und erneuerbaren Energiesystemen wie Solarenergie.

Aktuell besteht in China die höchste Nachfrage nach Lithium. Die chinesische Regierung hat ehrgeizige Pläne, Elektrofahrzeuge einzuführen und den Ausbau erneuerbarer Energien voranzutreiben. Ähnliche Pläne werden auch in Europa und den USA erwartet, was voraussichtlich zu einer steigenden Nachfrage nach Lithium in den kommenden Jahren führen wird.

Trotz der Zunahme der Nachfrage nach Lithium besteht auch die Sorge, dass die Ressourcen möglicherweise nicht ausreichen, um den steigenden Bedarf zu decken. Die Gewinnung von Lithium ist ein komplexer Prozess, der normalerweise mit erheblichen Umweltauswirkungen einhergeht. Unternehmen suchen daher nach nachhaltigen Methoden zur Gewinnung von Lithium und bemühen sich um eine Steigerung der Effizienz und Produktivität von Lithiumminen, um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken.

Die Nachfrage nach dem weißen Gold wird in Zukunft voraussichtlich zunehmen, da eine steigende Anzahl von Ländern auf saubere Energien und Elektromobilität umsteigt. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Unternehmen, Regierungen und der Lithium-Industrie ist jedoch erforderlich, um sicherzustellen, dass die Nachfrage nachhaltig befriedigt werden kann.

Laut den Daten der Deutschen Rohstoffagentur steigt die Nachfrage nach Rohstoffen und Verbindungen, einschließlich des Elements, schnell an. Bis 2025 sollen bis zu zehn Millionen E-Autos mit einer Batteriekapazität von 370 Gigawattstunden auf den Straßen sein. Dies bedeutet im Vergleich zu 2018 ein Wachstum von 50 Prozent.

Wie wird das Metall heute gefiltert und verarbeitet?

Heute geschieht die Förderung mehrheitlich in Australien, wo der Rohstoff in großen Tagebauen abgebaut wird. Konkret geht es hierbei um sogenannte Spodumen, ein Aluminium-Silikat-Mineral, das einen hohen Lithiumoxid-Anteil vorweisen kann.

Herausforderung: Nach der Extraktion des Gesteins wird es unter Verwendung von fossilen Brennstoffen „geröstet“, um Lithiumhydroxid zu erzeugen, das sich ideal zur Herstellung von Li-Ionen-Batterien eignet. Dieser Prozess verursacht besonders hohe CO2-Emissionen. Wenn alle Fahrzeuge mit diesem Rohstoff aus Hartgesteinsminen elektrifiziert würden, würde dies einem CO2-Fußabdruck von einer Milliarde Tonnen entsprechen.

In Portugal sind die größten europäischen Vorkommen. Die britische Savannah Resources hat sich die Rechte am Projekt Mina do Barroso gesichert. Die EU wünscht sich, dass Portugal zum großen Lieferanten wird. Elf Minen zur Förderung sollen entstehen. Doch Bürger und Umweltschützer sind in Sorge, haben Angst vor Krater-Landschaften oder verunreinigtem Wasser.

Eine weitere Methode zum Abbau ist die Sole-Methode. Sie wird insbesondere in Südamerika, im Dreieck, das aus Chile, Bolivien und Argentinien besteht, genutzt. Die Methode ist deutlich weniger CO₂-intensiv: 2018 machten beiden Methoden rund die Hälfte des weltweiten Marktes aus. Nach einer Ökobilanz war der Anteil der Emissionen bei Spodumen (70 %) wesentlich höher im Vergleich zu Sole (30 %).

Die Bedingungen für Lithium Abbau sind gut: Unter der Salzkruste befinden sich Vorkommen einer salzreichen Lösung mit 70-prozentigem Wasseranteil. Der Salzanteil dieser Sole ist mit mehr als 300 Kilogramm pro Kubikmeter an Natrium, Magnesium, Lithium, Kalium und Bor hoch. Sie enthält zehn Mal mehr Salz als Meerwasser und ist deswegen weder zum Trinken noch für die Landwirtschaft zu gebrauchen.

In Südamerika gibt es noch weitere Bedenken rund um das weiße Gold mit schwarzem Fleck: Denn der Wasserverbrauch ist nicht unerheblich. Die Zahlen hierzu variieren sehr stark in der öffentlichen Diskussion.

Filterung des Elements aus Grubenwasser?

Eine weitere Möglichkeit, Lithiumsalze zu gewinnen, besteht darin, Grubenwasser zu nutzen. Genau das machen Forscher vom Leibniz-Institut für Neue Materialien, wenngleich das Verfahren zur Gewinnung aus Grubenwasser – Stand März 2021 – noch am Anfang steht.

Bislang wird es aus Gruben abgepumpt, gefiltert und in Flüsse abgeleitet. Alleine im Saarland 18 Millionen Kubikmeter pro Jahr. Das Potenzial, um das Element zu gewinnen liegt bei 30 bis 900 Tonnen jährlich.

Um den Rohstoff aus dem Grubenwasser zu extrahieren, nutzen die Forscher die Eigenschaften eines Li-Ion-Akkus. Die Methode besteht darin, das Wasser durch eine Batteriezelle zu leiten, die einen Plus- und Minuspol besitzt. Während dieser Prozess abläuft, sammeln sich Lithium- und Chlor-Ionen (Lithium Chlorid) an den Elektroden, während alle anderen Substanzen abfließen. Sobald die Elektroden gesättigt sind, wird das Material zu einem Feststoff getrocknet.

Unklar ist die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, die Effizienz und schließlich die Skalierbarkeit. Bis 2023 wollen die Forscher diese Fragen beantworten. Eine bald nutzbare Lösung ist es also nicht wirklich.

Lithium für Elektroautos

Weißes Gold mit dem schwarzen Fleck: Lithium ist für Elektroautos ein wichtiges Element. Umso bedeutsamer ist, was in Deutschland entsteht: Läuft alles nach Plan, wird ab 2022 die Gewinnung beginnen, und das Element für die Nutzung in der Autoindustrie vermarktet. Unternehmer Francis Wedin von Vulcan Energy Resources nennt das „Zero Carbon Lithium“. Der Unternehmer möchte zum ersten Anbieter des weißen Goldes werden, das ohne CO₂-Emissionen auskommt.

Dabei spricht für den Standort Deutschland auch, dass es für die geothermische Energie eine Vergütung von 25 Cent pro Kilowattstunde gibt. Das erleichtert die Wirtschaftlichkeit der Vorhaben enorm. Und: Hierdurch benötigt das Verfahren keine Energie von außen.

Dennoch haben Experten Zweifel, ob die Realisierung rentabel sein wird, wie Wedin und Kreuter sich dies vorstellen. Michael Schmidt, Geologe bei der Deutschen Rohstoffagentur, sagt: „Es gibt verschiedene Verfahren. Inwiefern diese im Zusammenhang mit dem Betrieb von Geothermie-Anlagen umgesetzt werden können, ist noch ungeklärt“, so Schmidt.

Welche Eigenschaften machen Lithium für Elektroauto-Batterien attraktiv? Die hohe Energiedichte, Langlebigkeit und schnelle Ladezeit machen Lithium zu einem idealen Material für Elektroauto-Batterien. Es besteht jedoch das Risiko von negativen Umweltauswirkungen bei der Gewinnung und Herstellung von Lithium und Batterien. Dennoch wird an nachhaltigeren Methoden gearbeitet, um diese Auswirkungen zu minimieren. Wenn wir diese Herausforderungen bewältigen, kann Lithium dazu beitragen, eine nachhaltigere Mobilität zu ermöglichen und den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft zu beschleunigen.

(Dieser Beitrag entstand ursprünglich am 22. Juni 2020, ist am 17. Oktober 2023 erweitert worden.)