Rohstoff-Mangel: Alternativen zu seltenen Erden
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Mit steigender Anzahl der Elektromobile wurden Rohstoffe wie seltene Erden oder Lithium und Kobalt zunehmend knapper. Dazu kommt die ökologische Komponente. Um dieser Zwickmühle zu entgehen, entwickeln die Autobauer neue Elektromotoren und neue Batterien. Während es bei den E-Maschinen schon sichtbare Erfolge gibt, geht es bei den Akkus langsamer voran.
Das Aus des Verbrennungsmotors kommt. Die Frage ist nur, wann. Vor allem Europa gibt beim Umstieg auf die Elektromobilität kräftig Gas. Einige Automobilhersteller wollen noch in dieser Dekade ihre Modellpalette komplett auf vollelektrische Fahrzeuge umstellen. Aktuell sind noch Lithium-Ionen-Batterien das speichertechnische Rückgrat der Elektrifizierung der Mobilität. Auch wenn der Abbau von Elementen wie Lithium oder Kobalt belastend für die Umwelt ist, gehören beide Metalle nicht zu den sogenannten „seltenen Erden“. Das sind 17 Elemente, unter anderem Neodym, das etwa für die starken Magneten in den Elektromotoren benötigt wird.
Abhängigkeit von seltenen Rohstoffen muss verringert werden
Um nicht in Abhängigkeiten zu geraten, die sich beim zu erwartenden gnadenlosen Wettlauf um die seltenen Erden und Elementen wie Lithium und Kobalt fatal auswirken könnten, kämpfen die Automobilhersteller an verschiedenen Technologiefronten. Die immer noch angespannte Situation bei den Lieferketten hat auch den letzten Optimisten in den Konzernzentralen zwischen Wolfsburg und Stuttgart überzeugt, dass man sein Rohstoffschicksal am besten in die eigenen Hände nimmt beziehungsweise die Versorgung so umstellt, dass genug Vorrat zur Verfügung stellt. Schließlich sind mit langen Vorbestellungslisten noch kein Cent verdient und stillstehende Fabrikanlagen treiben einem Just-in-Time-fixierten Werksleiter Schweißperlen auf die Stirn.
Der ersten Erfolge sind bereits errungen. Bei BMW kommen die neuen Elektromotoren ohne seltene Erden aus. Andere Hersteller wie VW und Renault tüfteln ebenfalls an E-Maschinen, die keine Elemente wie eben Neodym, aber auch Dysprosium und Terbium benötigen. Auch Tesla treibt die Furcht um, von der Produktionshölle in ein Rohstoff-Dilemma zu rutschen. Deswegen könnten die US-Amerikaner bei der nächsten Antriebsgeneration auf Elektromotoren auf Ferrit-Basis setzen. Ein anderer Weg, die Knappheit besonders begehrter Rohstoffe zu reduzieren, ist das Recycling von Elektromotoren und Batterien. Die deutschen Recyclingspezialisten Duesenfeld etwa haben ein Verfahren entwickelt, bei dem auf Batteriezellebene (ohne Batteriegehäuse und Befestigungssysteme) eine Wiederverwertungsquote von 91 Prozent erreicht wird.
Relevante Rohstoffe werden weltweit abgebaut
Die globale Suche nach neuen Lithiumquellen hat etwas Panisches, verläuft aber aussichtsreich. “Die Bohrprogramme zur Erweiterung der bestehenden Ressourcenschätzungen bei unseren Projekten Laguna Verde und Francisco Basin laufen, wobei Llamara zusätzliches Explorationspotenzial bietet. Uns ist kein anderes Explorationsunternehmen im Lithiumsektor bekannt, das Ressourcenbohrprogramme bei drei Projekten gleichzeitig durchgeführt hat, was die Qualität unseres Teams in Chile weiter unterstreicht“, sagt Aldo Boitano, CEO von ClenTech Lithium.
Dennoch ist der Kampf um diesen Rohstoff längst entbrannt. Der Preis des für die aktuellen Akkus dringend benötigen Alkalimetalls klettert ständig weiter und hat Ende letzten Jahres einen Höhepunkt erreicht. Damit wird die Spirale nicht enden, zumal Lithium ja nicht nur für Autobatterien benötigt wird und die Zahl der Elektromobile stark ansteigt. Bei Kobalt droht eine ähnliche Entwicklung. Zudem ist die soziale und ökologische Komponente des Abbaus bei beiden Rohstoffen ein echtes Problem.
Die logische Konsequenz ist, nach Alternativen zu suchen, was natürlich schon seit einiger Zeit passiert. Zuletzt ist es gelungen, die Anteile an Kobalt in Batterien deutlich zu senken. In ein paar Jahren sollen die ersten Pkws mit Feststoffbatterien auf den Markt kommen, die mehr Reichweite und deutlich schnelleres Laden versprechen. Mercedes nutzt einen Lithium-Polymer-Akku bereits im Elektrobus eCitaro. Durch das feste Elektrolyt kann man die Anode auf andere Art gestalten, zwar eignet sich auch hier Lithium, aber es wird schon an Alternativen geforscht, etwa Feststoffbatterien mit Oxid- oder Sulfid-Elektrolyten.
Schnell wird der Wandel nicht stattfinden
Auch wenn der Pfad weg vom Lithium schon vorgezeichnet ist, ganz ohne diesen Rohstoff wird es mittelfristig wohl nicht gehen. Allerdings geht die Menge in den Akkus zurück. Eine dieser Weiterentwicklungen sind die Sald-Akkus („Spatial Atom Layer Deposition“ / Räumliche Atomlagenbeschichtung), die die größere Kapazität und schneller Ladeleistung versprechen. Die Batterien haben den Namen vom Herstellungsverfahren, bei dem eine extrem dünne Atombeschichtung um die Zellen den Ionen-Fluss zwischen Anode und Kathode verbessert. Ein Batterie-Konzept, das komplett ohne Lithium (die Kathode besteht aus Natrium) auskommt, sind Natrium-Ionen Akkus.
Der Verzicht auf Lithium wird allerdings mit einer Reduzierung der Reichweite bezahlt. Der chinesische Akkuhersteller CATL treibt die Forschung voran und bereits einen JAC Sehol E10X-Kleinwagen mit diesen Batterien bestückt, die sich schnell aufladen lassen. Das zeigt, dass die Serienreife vor der Tür steht – ändert aber nichts an der Tatsache, dass die ersten Schritte weg vom Lithium noch mit diesem Rohstoff gemacht werden müssen.
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