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Rohstoff Abbau
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E-Mobilität

Reichen die Rohstoffe für die Elektromobilität?

Ab 2035 sollen Neuwagen innerhalb der Europäischen Union CO2-emissionsfrei sein. Fahrzeughersteller setzen dabei vor allem auf die Elektromobilität, für die eine Vielzahl von Metallen und seltenen Erden nötig sind, deren Vorkommen teilweise begrenzt sind. Oder kurz gefragt: Gibt es genug Rohstoffe für die Antriebswende?

Matthias Buchert vom Öko-Institut
Matthias Buchert vom Öko-Institut berät die Europäische Union in Rohstofffragen im Automobilsektor

Der wichtigste Rohstoff für die Antriebswende schimmert silbrig, weiß und grau: Lithium, ein Alkalimetall, dessen altgriechischer Name auf Deutsch relativ schmucklos einfach nur „Stein“ bedeutet. Aber ohne diesen Stein würde sich ein modernes Elektroauto nicht vom Fleck bewegen. Denn seine hervorragenden elektrochemischen Eigenschaften machen wiederaufladbare Akkus mit hoher Energiedichte erst möglich. „Ungefähr acht bis neun Kilogramm Lithium enthält ein typischer Elektro-Pkw in diversen Kathodenmaterialzusammensetzungen“, erklärt Dr. Matthias Buchert. Er ist Bereichsleiter für Ressourcen und Mobilität bei der unabhängigen Forschungseinrichtung „Öko-Institut e. V.“ und berät unter anderem Generaldirektionen der Europäischen Union (EU). Der Lithium-Ionen-Akku sei das Herzstück des modernen elektrischen Antriebskonzepts, und das werde sich auf absehbare Zeit auch nicht ändern.

Aber Lithium ist nicht der einzige wichtige Rohstoff für die Elektromobilität. Kupfer zum Beispiel ist wegen seiner hervorragenden Leitfähigkeit für Strom bei E-Autos sehr gefragt. Mit rund 70 Kilogramm pro Pkw wird etwa dreimal so viel davon benötigt als bei Verbrennern. Aber auch Kobalt, Nickel, Mangan, Graphit oder seltene Erden finden in elektrischen Antriebstechnologien Verwendung. Es stellt sich also die Frage: Wo kommen all diese Rohstoffe her und haben wir genug davon, um die Antriebswende zu schaffen?

Kobalt reicht nur noch für elf Jahre

„In Europa gibt es nach jetzigem Wissensstand leider keine ausreichenden Vorkommen”, sagt Dr. Karl Lichtblau, Geschäftsführer vom Institut der deutschen Wirtschaft (IW Consult), das regelmäßig Studien zum Thema für Unternehmen und politische Institutionen erstellt. Die größten bekannten Lithiumreserven liegen mit rund neun Millionen Tonnen in Chile, gefolgt von Australien, Argentinien und China. Funktionierende Lieferketten vorausgesetzt, gebe es aber genügend Lithium auf der Welt, um die Antriebswende global zu ermöglichen. Sorgen macht ihm hingegen ein anderer Rohstoff: Kobalt.

„Beim heutigen Weltverbrauch reichen die Kobaltreserven noch etwa elf Jahre. Rund die Hälfte der bekannten Reserven sind im Kongo, wo es teilweise unter menschenrechtlich problematischen Bedingungen abgebaut wird“, sagt Lichtblau. Das Schwermetall ist schon seit Langem für viele industrielle Anwendungen wichtig, etwa die Härtung von Metallen oder die Herstellung von Magneten. In Autos mit Verbrennermotoren finden sich meist nur einige Gramm Kobalt. In Elektroautos sind es hingegen Mengen im zweistelligen Kilogrammbereich, da Kobalt ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Akkus ist. Es sorgt für eine besonders hohe Energiedichte, hohe Reichweiten, schnelle Ladezeiten und kleinere Akkus.

Forschung arbeitet an Rohstoff-optimierten Akkus

Weil mit steigender Bedeutung der Elektromobilität auch der Bedarf an Kobalt zunehme, könnten die bekannten Reserven von sieben Millionen Tonnen sogar in weniger als elf Jahren verbraucht sein, meint Lichtblau und fügt hinzu: „Aktuell stellen wir fest, dass auch im Lkw-Bereich verstärkt elektrische Antriebskonzepte mit Lithium-Ionen-Akkus erprobt werden. Das ist eine neue Entwicklung, weil hier bislang vor allem auf Wasserstoff gesetzt wurde.“

Wird der Kobaltmangel also zum Problem für E-Mobilität und Antriebswende? Öko-Institut-Experte Buchert kann teilweise Entwarnung geben: „Der spezifische Kobaltgehalt des auf dem europäischen Automobilmarkt dominierenden Kathodenmaterials in Lithium-Ionen-Batterien (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid) wurde bereits erheblich reduziert“, sagt er. Zudem arbeite die Forschung an weiteren Reduzierungen des Kobaltanteils und sogar an Energiespeichern ganz ohne Kobalt, wie etwa einer neuen Generation von Lithium-Eisenphosphat-Akkus. „Die Energiedichte dieser Akkus ist etwas geringer. Es wird aber davon ausgegangen, dass im Kleinwagensegment auch weniger hohe Ansprüche an die Laufleistung der E-Pkw gelegt werden“, erklärt Buchert.

Recycling könnte die Hälfte des Rohstoffbedarfs decken

Helfen uns also nur Forschung und Entwicklung gegen die Rohstoffknappheit? „Nein, es liegt auf der Hand, dass wir ein umfassendes Batterie-Recyclingprogramm brauchen“, fordert Buchert. Er hofft, dass die EU bald eine entsprechende neue Batterierichtlinie in Kraft setzt, die in allen 27 Mitgliedstaaten unmittelbar gelten wird. „Wir stellen fest, dass viele europäische Staaten bereits eine industriepolitische Entscheidung getroffen haben, die die Bedeutung von Produktion, Erforschung und Rohstoffwiederverwertung von Batterien berücksichtigt. Zudem erleben wir derzeit eine Aufbruchstimmung bei Batterie-Recyclinganlagen“, sagt Buchert. Der belgische Metallurgie-Konzern Umicore zum Beispiel will bis 2026 in Europa für geschätzt rund 500 Millionen Euro die größte Batterie-Recyclinganlage der Welt bauen. Diese soll eine Kapazität von 150.000 Tonnen pro Jahr haben. Zum Vergleich: Aktuell schaffen große Anlagen gerade mal um die 12.000 Tonnen.

Doch wie viel Prozent der Rohstoffe ließen sich durch Recycling im besten Fall decken? Buchert antwortet darauf: „Der Recyclingeffekt setzt zeitversetzt ein. In den ersten Jahren werden es nur wenige Prozent sein, weil die Akkus lange in den Fahrzeugen bleiben und danach gegebenenfalls noch teilweise in stationären Batteriespeichern eine zweite Anwendung finden können. Aber nach 2035 könnte der Deckungsanteil schon ein Zehntel übersteigen, und irgendwann bekommen wir durch Recycling bis zur Hälfte der nötigen Rohstoffe für die E-Mobilität – und das aus heimischer Produktion, quasi von unseren Straßen aus den vorhandenen E-Autos.“ Auch Karl Lichtblau vom Institut der Deutschen Wirtschaft betont die Wichtigkeit einer effizienten Wiederverwertung von Batterierohstoffen, fügt aber hinzu: „Recycling muss von Anfang an gedacht werden, das beginnt beim Design und der Herstellung von Batterien und Antriebskomponenten, damit die Rohstoffe so einfach wie möglich wieder voneinander getrennt werden können. Momentan ist das für Unternehmen noch nicht rentabel.“

Rohstoffverfügbarkeit hängt auch an Geopolitik

Dr. Karl Lichtblau ist Geschäftsführer vom Institut der deutschen Wirtschaft (IW Consult)
Dr. Karl Lichtblau ist Geschäftsführer vom Institut der deutschen Wirtschaft (IW Consult), das regelmäßig Studien zu Rohstoffen im Automobilbereich für Unternehmen und politische Institutionen erstellt

Aber Recycling und Forschung allein werden nicht genügen, meint Lichtblau. „Kluge Geopolitik und Diplomatie sind von entscheidender Bedeutung, wenn die Antriebswende im gesetzten Zeitrahmen gelingen soll.“ Was damit gemeint ist, war jüngst beim Rohstoff Nickel zu sehen, ein silberfarbenes Metall, das wie Kobalt für Kathoden (Minuspol) von Batterien benötigt wird. Nach dem völkerrechtswidrigen Angriff Russlands auf die Ukraine vervielfachte sich der Nickelpreis in kurzer Zeit und die Londoner Metallbörse musste zeitweise den Handel aussetzen. Denn Russland ist einer der wichtigsten Nickelexporteure der Welt. Entsprechend groß war die Angst vor Lieferengpässen wegen der westlichen Sanktionen und russischen Gegensanktionen. „Ein noch größeres Problem bekommen wir, wenn es zu einem geopolitischen Konflikt zwischen dem Westen und China kommt. Dann habe ich meine Zweifel, ob die Antriebswende in Europa im geplanten Zeitrahmen gelingen kann“, warnt Lichtblau.

Denn China ist nach Angaben der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) für die EU noch vor Russland der wichtigste Rohstofflieferant von Metallen und Erzen. Für die Elektromobilität besonders wichtig sind seltene Erden wie Neodym und Dysprosium. Hier hat China sowohl bei den Vorkommen als auch bei der Verarbeitung eine weltbeherrschende Stellung. Eine Zahl der „European Raw Materials Alliance“ (ERMA) macht die Abhängigkeit von China besonders deutlich: Obwohl die EU eine weltweit führende Herstellerin von Elektromotoren ist, importiert sie 90 Prozent der dafür notwendigen und auf seltenen Erden basierenden Permanentmagnete aus China. „Wenn die chinesische Regierung ihre dominierende Stellung bei Rohstoffen strategisch einsetzt, um politische Ziele zu erreichen, kommt es in Europa zu Engpässen“, sagt Lichtblau.

Rohstoffe aus dem Weltraum?

Am Ende sind die Einflussmöglichkeiten Europas auf geopolitische Entwicklungen begrenzt. Und auch die stärksten Forschungsanstrengungen können nicht garantieren, dass wir die perfekte Technologie für die ausreichend verfügbaren Rohstoffe finden werden. Umso wichtiger ist deshalb ein effektives Recyclingprogramm für die Elektromobilität, damit die Antriebswende gelingen kann.

Aber was ist eigentlich mit immer wieder in den Medien zu lesenden Plänen, seltene Rohstoffe im Weltraum abzubauen, zum Beispiel auf Asteroiden? Hierzu haben die Rohstoffexperten eine klare Meinung: „Vor einigen Jahren gab es dieselbe Diskussion um den Abbau von seltenen Erden in der Tiefsee“, erinnert sich Buchert. Daraus sei auch nichts geworden, weil Kosten und Aufwand in keinem Verhältnis zum Nutzen stünden. „Dabei hat der Meeresboden noch größere Chancen als der Weltraum“, meint Lichtblau und fügt hinzu: „Selbst wenn es technisch irgendwann möglich ist, ergibt es wirtschaftlich keinen Sinn. Es ist viel besser, wenn wir die Rohstoffe auf unserem Planeten effizient nutzen und wiederverwerten.“

Prof. Dr. Martin Winter, Gründer und wissenschaftlicher Leiter des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster
Prof. Dr. Martin Winter, Gründer und wissenschaftlicher Leiter des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und des Helmholtz-Instituts Münster des Forschungszentrums Jülich

„Enormes ökologisches und wirtschaftliches Potenzial liegt in der zirkulären Wirtschaft von Batterien. Der Einsatz recycelter Materialien senkt nicht nur die Kosten für die Ausgangsrohstoffe, sondern ermöglicht auch Energieeinsparungen in der Batterieproduktion. Indem die Batterien bisher geschreddert, verbrannt oder mit Säure behandelt werden, fehlt nicht nur die notwendige Trennung der Materialien, auch ihr Reinheitsgrad ist nicht ausreichend, um sie in Batterien wiederzuverwenden. Die Forschung an Batteriedesigns, die zum Beispiel durch ein einfacheres Auseinanderbauen der Zellen ein effizienteres Recycling ermöglichen, gewinnt daher – in Verbindung mit der Entwicklung entsprechender Prozessschritte – an Relevanz.“

Ralf Hattler, Bereichsleiter Kundensupport und Aftersales bei der BMW AG
Ralf Hattler, Bereichsleiter Kundensupport und Aftersales bei der BMW AG (davor Bereichsleiter Einkauf Indirekte Güter und Dienstleistungen, Rohstoffe, und Produktionspartner)

„Ethisch verantwortungsvolle Rohstoffgewinnung und -verarbeitung beginnt für uns ganz am Anfang der Wertschöpfungskette: Wir haben großes Interesse an der Lieferkette von Batteriezellen und das reicht bis in die Minen selbst hinein.“

Dipl.-Geol. Dr. Michael Szurlies, Arbeitsbereichsleiter „Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe“ bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)
Dipl.-Geol. Dr. Michael Szurlies, Arbeitsbereichsleiter „Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe“ bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

„Die Entwicklungen auf den Rohstoffmärkten für Batterierohstoffe haben in den letzten Jahren deutlich an Dynamik gewonnen. Ursächlich hierfür ist die große Erwartungshaltung an die E-Mobilität und die damit verbundene stark steigende Nachfrage. Abhängig vom Batteriechemismus der Lithium-Ionen-Batterien stellen ausgewählte Batterierohstoffe wie Lithium, Nickel und Graphit, teilweise auch Kobalt, in den kommenden Jahren Schlüsselkomponenten für den Hochlauf der E-Mobilität dar. So wird beispielsweise die Gesamtnachfrage nach Lithium um den Faktor vier bis acht bis zum Jahr 2030 ansteigen. Bei Nickel wird in diesem Jahrzehnt eine Verdopplung der Nachfrage prognostiziert. Eine sichere und nachhaltige Versorgung mit Batterierohstoffen für den europäischen Markt ist daher essenziell.“

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  • Future Mobility
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