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Lithium und Kupfer: Rohstoffe für den Ausbau der Elektromobilität

Kupfer und Lithium sind Rohstoffe, die für die Herstellung von Elektrofahrzeugen eine große Rolle spielen. Kupfer beispielsweise für die Produktion von Antrieben, Lithium für die Herstellung von Batterien. Stellt sich die Frage, hinsichtlich des Ziels der Bundesregierung bis zum Jahr 2020 eine Million elektrisch betriebener Fahrzeuge auf den Markt zu bringen, ob für dieses Vorhaben ausreichend Rohstoffe vorhanden sind. Laut Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI erhöht sich mit diesem Vorhaben die Nachfrage nach Rohstoffen wie Kupfer, Neodym oder auch Nickel. Im Projekt "Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität (FSEM)" analysiert das ISI, ob die geologische Verfügbarkeit dieser Rohstoffe ausreicht, um den gewünschten Ausbau der Elektromobilität zu ermöglichen. Untersuchter Stoff war in diesem Fall Kupfer. Eine Metastudie des Zentrums für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) hat sich hingegen mit der Verfügbarkeit von Lithium beschäftigt. Die ISI-Untersuchung von Kupfer zeigt, dass für diesen Rohstoff weltweit ausreichende geologische Vorkommen vorhanden sind. Lithium-Quellen sind laut ZSW-Studie für eine Milliarde Elektroautos und andere Anwendungen vorhanden. Auch die Produktionskapazitäten könnten dem künftigen Bedarf aller Voraussicht nach folgen. Auch das ISI hat sich schon mit den Vorkommen von Lithium beschäftigt, ATZonline berichtete. Die Forscher kommen zu dem Ergebnis, dass selbst unter sehr zurückhaltenden Annahmen bezüglich der Vorkommen, die weltweit vorhandenen Lithium-Reserven auch bei hohen Nachfragesteigerungen bis 2050 ausreichen werden.

Das ISI untersuchte den Verbrauch der geologischen Ressourcen von Kupfer bis zum Jahr 2050. Dabei wurden alle Kupferapplikationen einbezogen, wobei der Elektromobilität besondere Beachtung geschenkt wurde. "Unser Ergebnis ist, dass die Kupfernachfrage durch die Entwicklung der Elektromobilität nur wenig beeinflusst wird. Selbst wenn wir einen 85-prozentigen Marktanteil von Elektrofahrzeugen bei den Neuzulassungen haben sollten, beansprucht dieser Sektor im Jahre 2050 nicht mehr als 21 Prozent der kompletten weltweiten Kupfernachfrage. Bei moderateren Wachstumsannahmen sogar nur 14 Prozent", fasst Projektleiter Prof. Martin Wietschel die Ergebnisse zusammen. Die geologischen Vorräte an Kupfer sind ausreichend, um die Nachfrage in allen Anwendungsbereichen in den nächsten Jahrzehnten zu decken. Die geopolitischen Risiken sind hier im Vergleich zu anderen Rohstoffen gering, weil die Vorkommen auf viele Länder verteilt sind. Die geologische Verfügbarkeit von Kupfer werde somit dem Ausbau der Elektromobilität und der Entwicklung der Weltwirtschaft auf absehbare Zeit nicht im Weg stehen, so Wietschel.

Allerdings werden die mit der heute verfügbaren Technik wirtschaftlich abbaubaren Kupferreserven Mitte der 30er Jahre des 21. Jahrhunderts erschöpft sein. "Dann müssen neue Vorkommen erschlossen werden, deren Abbau höhere Kosten verursacht. Dies wird nicht ohne Auswirkungen auf den Kupferpreis bleiben", fasst Dr. Gerhard Angerer, einer der Autoren der Studie, das Ergebnis zusammen. Die Erschließung neuer Minen muss in den nächsten zehn bis 15 Jahren geplant werden, um eine kontinuierliche Versorgung der Weltwirtschaft mit Kupfer sicherzustellen.

Bezüglich bislang nicht erschlossener Vorkommen ist ein Bericht der New York Times aus dem Juni dieses Jahres zu erwähnen. Die Zeitung berichtete davon, dass US-amerikanische Geologen in Afghanistan Mineralvorkommen mit einem geschätzten Wert von nahezu einer Billion Dollar entdeckt hat. Unter Berufung auf eine neue Studie ist bei der New York Times zu lesen, dass Experten der US-Geologiebehörde USGS die bislang unbekannten Rohstoffvorkommen entdeckten. Demnach verfüge Afghanistan über Lithium-Reserven, die mindestens so groß wie die bolivianischen seien.

Dass genug Lithium-Quellen für Milliarden Elektroautos und andere Anwendungen vorhanden sind, ist Ergebnis der Metastudie des Zentrums für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) bezüglich der Lithium-Vorräte. Die Produktionskapazitäten können dem künftigen Bedarf aller Voraussicht nach folgen. Um die Auswirkungen steigender Rohstoffkosten auf die Batteriekosten zu verringern und die Rohstoffversorgungssicherheit zu erhöhen, seien aber weitergehende Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen notwendig, etwa beim Recycling und für neue Batteriematerialien.

Bisher wird Lithium besonders für die Produktion von Glas und Keramik benötigt. Der zweitgrößte Anwendungsbereich sind Lithium-Ionen Batterien. Sie sorgen beispielsweise in Laptops und Mobiltelefonen für die Stromversorgung. Zukünftig könnte mit dem Lithium-Bedarf für die geplanten Großbatterien in Elektroautos der Rohstoffbedarf zusätzlich um ein Vielfaches steigen.

In der Verfügbarkeitsstudie haben die ZSW-Forscher zahlreiche Quellen und Einzelstudien ausgewertet. "Es sind ausreichend identifizierte Lithium-Quellen vorhanden und neue Produktionskapazitäten für Lithium geplant", erklärt Autor Benjamin Schott. "Zwischen 135 und 160 Millionen Tonnen Lithiumcarbonat-Äquivalente sind weltweit bekannt. Das reicht für rund zehn Milliarden Elektrofahrzeuge. Rein rechnerisch könnte damit die weltweite jährliche Produktion von 50 Millionen Fahrzeugen 200 Jahre lang mit Lithium-Batterien ausgestattet werden." Auch für andere Anwendungen sei daher genug Lithium vorhanden. Das Risiko einer Versorgungslücke besteht für das ZSW dabei vor allem durch die lange Vorlaufzeit beim Aufbau von neuen Produktionsstandorten. Der Großteil der Lithium-Ressourcen liege außerdem in politisch weniger stabilen Ländern, etwa Bolivien und Chile. Um die Rohstoffabhängigkeit zu mindern und die Auswirkungen höherer Lithium-Preise auf die Batteriekosten zu verringern, seien deshalb weitergehende Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen notwendig. Im Fokus stehen für die Forscher die Entwicklung einer geeigneten Recyclingwirtschaft und die langfristige Erforschung neuer, noch leistungsfähigerer Batterietechnologien, die vorzugsweise eine bessere Rohstoffversorgungssicherheit garantieren.

Den zukünftigen Ausbau des Angebots an Kupfer in Verbindung mit der Schonung der geologischen Vorkommen, erachten die Forscher, die am Projekt "Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität (FSEM)" arbeiten, als wichtig. An erster Stelle stehe der Ausbau des weltweiten Recyclings und somit die Nutzung des gewonnenen Sekundärkupfers. Zwar haben Deutschland und andere Industrieländer laut ISI bereits hohe Einsatzquoten von Sekundärkupfer erreicht, in den Entwicklungsländern seien jedoch noch große Potentiale vorhanden. Daher sei es wichtig, den Know-how-Transfer von Recyclingmaßnahmen in diesen Ländern zu unterstützen, heißt es.

Ein weiteres Mittel, um auf Versorgungsstörungen zu reagieren, ist der Ersatz von Kupfer durch andere Rohstoffe. "So könnte Kupfer beispielsweise in Elektromotoren und Kabel durch Aluminium ersetzt werden. Dies verschlechtert allerdings die Energieeffizienz gravierend und konterkariert die Anstrengungen zum Klimaschutz. Eine Alternative ist im Bereich der Telekommunikation auf Glasfaserkabel für Datenleitungen oder drahtlose Übertragungstechniken umzusteigen. Kupferrohre in der Wasserversorgung könnten zukünftig durch Kunststoff- oder verzinkte Stahlrohre in Wärmetauschern sowie, je nach Anwendung, durch Edelstahl, Titan oder Aluminium ersetzt werden", sagt Dr. Gerhard Angerer.

Demnächst wird das Fraunhofer ISI weitere Rohstoffe für die Elektromobilität analysieren, darunter Neodym für Hochleistungsmagnete in Elektromotoren sowie Kobalt und Nickel für Kathodenwerkstoffe von Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

(Fotohinweis: Panoramabild von Bosch, Aufmacherbild von Continental)
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