Lithium für Elektroautos: Weißes Gold mit dem schwarzen Fleck

Unternehmen etablieren umweltfreundlichere Methoden zum Lithium Abbau.

Es ist die dringlichste Herausforderung der Elektromobilität und heutiger Batteriespeicher: Wie kann die Nachfrage nach Lithium nachhaltig gesichert werden, damit der Traum vom sauberen Auto wahr wird? Bisherige Methoden für den Abbau des Elements (Verdunstungstechnologie, Bergbau) sind umstritten. Zudem dominiert China den Markt. Für Autobauer ist das ein Problem bei der umweltfreundlichen Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Es braucht somit bessere und effizientere Alternativen. Können die Fördermethoden von Vulcan Energy oder EnergyX helfen?

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 sind die am häufigsten verwendeten Batterien in Elektroautos. Diese Batterien bestehen aus einem Kathodenmaterial, einem Anodenmaterial und einem Elektrolyten, der die beiden Pole trennt und den Elektronentransfer ermöglicht. Weißes Gold ist das bevorzugte Material für die Kathode, da es eine hohe Energiedichte und eine hohe spezifische Kapazität aufweist. Die Anode besteht normalerweise aus Graphit.

Solche Batterien können in der Regel mehrere tausend Zyklen durchlaufen, bevor sie ersetzt werden müssen. Dies macht sie zu einer hervorragenden Wahl für Elektroautos, die eine lange Lebensdauer benötigen. Darüber hinaus können Li-Ion-Batterien schnell aufgeladen werden und sind im Vergleich zu anderen Batterietypen wie Blei-Säure-Batterien leichter und haben eine höhere Energiedichte. Dies führt zu einer längeren Reichweite und einer besseren Leistung für Elektroautos.

Welche Umweltauswirkungen gibt es?

Obwohl Li-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Langlebigkeit als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren angesehen werden, sind sie nicht vollständig frei von Umweltauswirkungen. Die Gewinnung Bergbauaktivitäten kann potenziell negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, insbesondere wenn sie in großen Mengen und in empfindlichen Ökosystemen abgebaut werden. Darüber hinaus können bei der Herstellung von Li-Ion-Batterien auch andere schädliche Chemikalien verwendet werden, die die Umwelt belasten können.

Um diese Auswirkungen zu minimieren, arbeiten Cleantech-Unternehmen wie EnergyX, Lilac Solutions oder Vulcan Energy daran, nachhaltigere Methoden für die Gewinnung zu entwickeln und den Einsatz schädlicher Chemikalien bei der Herstellung von Batterien zu reduzieren.

Wie entwickelt sich die Nachfrage nach dem weißen Gold?

Die Nachfrage nach Lithium ist in den letzten Jahren aufgrund der wachsenden Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere in Elektrofahrzeugen, stark gestiegen. Lithium-Ionen-Batterien sind die bevorzugte Wahl für Elektroautos, da sie eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer im Vergleich zu anderen Batterietypen aufweisen.

Die International Energy Agency (IEA) prognostiziert, dass die Nachfrage nach Lithium bis 2030 um das Vierfache steigen wird, da immer mehr Länder sich auf den Übergang zu sauberer Energie und Elektromobilität konzentrieren. Der Einsatz von Li-Ion-Batterien beschränkt sich nicht nur auf Elektrofahrzeuge, sondern auch auf andere Anwendungen wie Stromspeicherung, Unterhaltungselektronik und erneuerbare Energiesysteme wie Solarenergie.

Die größte Nachfrage nach Lithium kommt derzeit aus China, wo die Regierung ambitionierte Pläne hat, Elektrofahrzeuge auf den Markt zu bringen und den Ausbau der erneuerbaren Energien voranzutreiben. Andere Länder wie Europa und die USA haben ähnliche Pläne und werden voraussichtlich in den kommenden Jahren ebenfalls eine steigende Nachfrage nach Lithium verzeichnen.

Trotz des starken Wachstums der Nachfrage nach Lithium gibt es auch Bedenken, dass es möglicherweise nicht ausreicht, um die steigende Nachfrage zu decken. Die Gewinnung von Lithium ist ein komplexer Prozess, der in der Regel mit hohen Umweltauswirkungen verbunden ist. Um diese Herausforderungen anzugehen, suchen Unternehmen nach nachhaltigen Methoden für die Lithiumgewinnung und arbeiten daran, die Effizienz und den Output von Lithiumminen zu steigern.

Insgesamt wird die Nachfrage nach Lithium in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter steigen, da immer mehr Länder auf saubere Energien und Elektromobilität umsteigen. Unternehmen, Regierungen und die Lithium-Industrie werden jedoch eng zusammenarbeiten müssen, um sicherzustellen, dass die Nachfrage nach Lithium nachhaltig gedeckt werden kann.

Die Nachfrage nach nach Rohstoffen und Verbindungen wie dem Element wächst schnell, wie Zahlen der Deutschen Rohstoffagentur belegen: Bis 2025 sind demnach bis zu zehn Millionen E-Autos mit einer Batteriekapazität von 370 Gigawattstunden auf den Straßen. Das bedeutet für die Nachfrage 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.

Problem: Nach dem Abbau wird das Gestein mit fossilen Brennstoffen „geröstet“, damit Lithiumhydroxid entsteht. Dieses ist für die Herstellung von Li-Ionen-Batterien ideal geeignet. Dieser Prozess ist besonders CO₂-intensiv. Würden sämtliche Fahrzeuge diesem Rohstoff aus Hartgesteinsminen elektrifiziert, entspräche dies einem CO₂-Fußabdruck von einer Milliarde Tonnen.

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.

Technologisch nutzen die Forscher die Eigenschaften eines Li-Ion-Akkus, um den Rohstoff aus dem Grubenwasser zu filtern: Denn die Idee besteht darin, dieses Wasser durch eine Batteriezelle mit Plus- und Minuspol zu leiten. An den Elektroden sammeln sich sowohl Lithium- als auch Chlor-Ionen (Lithium Chlorid), aber alle anderen Stoffe fließen ab. Sind die Elektroden voll, wird es zu einem Festkörper 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.

Wie lässt sich Lithium für Elektroautos einordnen? Insgesamt ist Lithium ein hervorragendes Material für Elektroauto-Batterien aufgrund seiner hohen Energiedichte, Langlebigkeit und schnellen Ladezeiten. Obwohl die Gewinnung von Lithium und die Herstellung von Batterien potenziell negative Auswirkungen auf die Umwelt haben können, gibt es Bemühungen, nachhaltigere Methoden zu entwickeln, um diese Auswirkungen zu minimieren. Wenn diese Herausforderungen angegangen werden, kann Lithium dazu beitragen, eine nachhaltigere Mobilität zu erreichen und den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft zu beschleunigen.

(Dieser Beitrag entstand ursprünglich am 22. Juni 2020, ist am 18. März 2023 erweitert worden.)