Wieso Lithium zu den begehrtesten Rohstoffen der Welt gehört

Lithium-Ionen-Akkus als Technologie mit Zukunft

Lithium gilt als leichtestes Metall der Welt und besitzt im Hinblick auf seine festen Elemente die geringste Dichte. Trotzdem gab es nach der Entdeckung Anfang des 19. Jahrhunderts lange kaum Anwendungen, die auf den Rohstoff zurückgriffen. Neben der Schmiermittel-Industrie war die Glasindustrie anfangs der Hauptabnehmer. In der jüngeren Vergangenheit hat sich das verändert. Seit Jahrzehnten besteht vor allem in der Batterie-Industrie bedeutender Lithium-Bedarf. Nicht nur Akkus für mobile Geräte wie Smartphones basieren heutzutage auf der Technologie, sondern auch wiederaufladbare Batterien für Hubwagen oder Elektroautos. Noch immer ist der Verkehrssektor hierzulande für mehr als 30 Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich, wobei der weitaus grösste Anteil davon auf den täglichen Strassenverkehr zurückzuführen ist. Um die Luftqualität in Städten zu verbessern und den Klimawandel abzumildern, müssen Benzin- und Diesel-Pkws angesichts dieser Zahlen von Elektrofahrzeugen abgelöst werden. Strombetriebene Motorräder und Autos benötigen Lithium-Ionen-Batterien, wobei deren Ladungskapazität im Einzelfall über die Reichweite der E-Mobile bestimmt. Zur Herstellung einer Elektroauto-Batterie sind rund zehn Kilogramm Lithium erforderlich. Das United States Geological Survey (USGS) schätzt auf dieser Basis, dass mehr als 70 Prozent des weltweit geförderten Lithiums im Jahr 2021 in die Akku-Produktion eingeflossen sind. Für die nächsten Jahrzehnte gehen Experten von weiterhin steigender Nachfrage aus und prognostizieren eine noch grösser angelegte Förderung. Obwohl der Rohstoff auf der Erde relativ häufig vorkommt, sind in den meisten Abbaugebieten allerdings nur sehr niedrige Konzentrationen vorhanden.

Diese Vorteile hat Lithium als Ladungsträger

Dass sich die Lithium-Ionen-Technologie derartiger Beliebtheit erfreut, hat zahlreiche Gründe. Alkaline-Batterien in Fernbedienungen und Co. liefern durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Grafit, Mangandioxid und Zinkpulver Energie und lassen sich nicht wieder aufladen. Mit Lithium-Ionen-Akkus verhält es sich anders. Diese Sekundärbatterien sind mehrmals wiederaufladbar und haben eine höhere spezifische Energie als andere Akkumulatoren. Im Wesentlichen bestehen Lithium-Ionen-Batterien aus zwei Elektroden, einem Separator und einem flüssigen Elektrolyt. Auf der Seite der Kathode speichert eine Verbindung aus Nickel, Kobalt und Mangan das Lithium als Ladungsträger. Graphit übernimmt dieselbe Rolle auf der Seite der Anode. Die Lithium-Ionen werden durch den Elektrolyt im Schaukelstuhlprinzip zwischen den Elektroden transportiert. Heutzutage gibt es Akkus mit diesem Funktionsprinzip in verschiedener Grösse und Bauform, wobei sich die Modelle auch im Hinblick auf die Spannungsbereiche und die chemische Zusammensetzung unterscheiden. Für Lithium als Ladungsträger sprechen vor allem:

• die hohe Energiedichte
• die lange Lebensdauer
• die hohe Anzahl der möglichen Ladezyklen
• die Ladegeschwindigkeit

Forscher suchen derzeit nach einem alternativen Ladungsträger für Batterien. Als prominentestes Forschungsobjekt gilt Natrium, wobei die erste Natrium-Ionen-Batterie schon in wenigen Jahren marktfähig sein könnte. Allerdings bietet kein Element nach heutigem Wissensstand dieselben positiven Eigenschaften wie Lithium. Gerade für Batterie-Anwendungen in Elektrofahrzeugen gilt der Rohstoff deshalb als konkurrenzlos. Zumindest für weitere zehn Jahre halten Experten das Metall für ein unverzichtbares Element bei der Herstellung von wirtschaftlichen Akkus mit langer Lebensdauer. Danach könnten Feststoffe die bisher verwendeten Elektrolyt-Lösungen in Batterien ersetzen.

So wird sich die Lithium-Nachfrage entwickeln

Vor allem wegen der Umstellung auf Elektromobilität entwickelt sich Lithium zum begehrtesten Rohstoff der Welt. Im Juni 2022 hat die EU-Kommission herkömmliche Verbrennungsmotoren ab 2035 verboten. Angesichts der fortschreitenden Elektrifizierung des Verkehrs schätzen Experten, dass schon 2028 jährlich mehr als 1,5 Millionen Tonnen Lithium für Akkus erforderlich sein werden. Auch als stationäre Stromspeicher zur Vorhaltung von Solar- und Windenergie sind Lithium-Ionen-Akkus gefragt. Dass der Speicherbedarf im Hinblick auf Ökostrom im Rahmen der Energiewende weiter steigen wird, wirkt sich ebenfalls positiv auf die Lithium-Nachfrage aus. Trotz dessen ist derzeit nicht zu erwarten, dass der Rohstoff knapp werden könnte. Die ökonomisch verwertbaren Lithiumreserven liegen bei 14 Millionen Tonnen, wobei die insgesamt nachgewiesenen Ressourcen mehr als 60 Millionen Tonnen betragen. Als weltweit grösster Lithium-Lieferant gilt derzeit Australien, aber auch Chile, Argentinien und China fördern bedeutende Mengen. Allerdings ist die internationale Lithiumgewinnung aufgrund ihrer CO2-Bilanz umstritten, sodass sich in den kommenden Jahren alles um neue Fördermöglichkeiten drehen wird.

Welche neuen Lithium-Fördermöglichkeiten erforscht werden

Im Hinblick auf die Lithiumgewinnung werden derzeit vor allem zwei neue Wege erforscht. Einer davon ist das Recyceln aus alten Batterien. Allerdings bestehen bei der Lithium-Verwendung in Batterien hohe Reinheitsanforderungen, sodass der Rohstoff aus Altbatterien zur Wiederverwendung per aufwändigen Verfahren aufbereitet werden müsste. Zumindest können gebrauchte Auto-Akkus schon heute als Second-Life-Batterien für stationäre Speicher weitergenutzt werden. Mittelfristig erwarten Experten angesichts dieser Entwicklungen einen weiteren Ausbau des Lithium-Recyclings. Davon abgesehen gewinnt die inländische Förderung des Rohstoffs an Bedeutung. In der Schweiz könnte dies beispielsweise mittels Geothermieanlagen stattfinden, da beachtliche Gehalte im Tiefenwasser nachgewiesen wurden. Deren Extraktion könnte den Bedarf innerhalb des Landes in Zukunft zwar nicht decken, aber die bisherige Importabhängigkeit verringern.

(fest/pd)