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Wertschöpfungsschieflage: Batterierohstoffe werden knapp und teuer

Die Nachfrage nach den Batterierohstoffen Lithium und Kobalt wird in den nächsten Jahrzehnten exponentiell zunehmen, so das Fazit zweier Forschungsberichte zum Thema. Die Verknappungen legen große Preisanstiege nahe, schließen das Helmholtz-Institut Ulm und die Roskill Information Services.

Kobaltphosphat-Kristalle Bildquelle: © Katia Rodewald / TUM

Elektronenmikroskopische Aufnahme plättchenförmiger Lithium-Kobaltphosphat-Kristalle

Der größte Kostenfaktor pro kWh sind bei Batteriepacks derzeit die Rohstoffe, so die Roskill Information Services in einem neuen Bericht. Sie machen allein 40 Prozent der Kosten aus. Auch durch Economies of Scale wird sich daran nichts wesentliches ändern, so das Fazit, weil das Einsparpotential bei derzeitigen Technologien begrenzt ist. Lediglich Substitutions-Innovationen könnten die Preise durch die Verwendung neuer Rohstoffe senken, diese sind jedoch nicht verlässlich zu prognostizieren.

Durch den erwarteten Aufbau von E-Mobility-Flotten vor allem in Asien wird eine Ausweitung der Kapazitäten der Batteriekomponenten-Zulieferer um 22 Prozent p.a. bis 2027 prognostiziert. Die Nachfrage nach dem Kathodenmaterial Nickel des Lithium-Ionen-Sektors soll von 30.000 t 2018 auf mehr als 600.000 t 2027 wachsen.

Erheblich soll auch die Nachfrage nach Lithium und Kobalt als Kathodenmaterial ansteigen und selbst bei derzeit ausreichend verfügbare Materialen wie Graphit und Kupfer wird es zu Engpässen kommen, auch bedingt durch Flaschenhälse bei Veredelungskapazitäten der Materialien. Roskill untersuchte 150 vor allem asiatische Unternehmen, die neun von 10 Hauptkomponenten für Batterien herstellen, von Kathoden, Anoden, Elektrolyten, Separatoren, Kupfer und Aluminiumfolien, über Binder und Cases für Zellen.

Für Lithium und Kobalt belegt zudem eine aktuelle Analyse von Forschern des vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gegründeten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU), dass die Verfügbarkeit der Elemente durch die erhöhte Nachfrage in den nächsten Jahren und Jahrzehnten kritisch wird. Anhand einer Szenario-basierten Analyse bis 2050 zeigten die Forscher für verschiedene Anwendungen von Batterien, dass der Preisanstieg und die Knappheit von Kobalt wahrscheinlich auftreten wird, weil die Nachfrage durch Batterien zweimal so hoch sein könnte wie die heute identifizierten Kobaltreserven.

Im Gegensatz dazu seien die heute identifizierten Lithiumreserven ausreichend, die Produktion müsse jedoch stark hochskaliert werden (abhängig vom Szenario bis um das Zehnfache), um die zukünftige Nachfrage zu decken. Beide Elementreserven weisen zudem eine starke geografische Konzentration auf und befinden sich in Ländern, die als politisch weniger stabil eingestuft werden.

Kobaltfreie Energiespeichermaterialien und Post-Lithium-Technologien, die auf unkritischen Elementen wie Natrium oder Magnesium, aber auch Zink, Kalzium und Aluminium basieren, eröffnen eine Möglichkeit, diesen Ressourcendruck zu verringern und langfristig zu umgehen. »Um diese Risiken zu verringern und den Druck auf die Kobalt- und Lithiumreserven zu reduzieren, ist es unerlässlich, die Forschungsaktivitäten auf alternative Batterietechnologien auszuweiten«, so Dr. Daniel Buchholz, Forscher am Helmholtz Institut Ulm.  »Post-Lithium-Systeme sind besonders attraktiv für die Elektromobilität und stationäre Anwendungen. Daher ist es äußerst wichtig und dringend, ihr Potenzial auszuschöpfen und diese innovativen, hochenergetischen Batterien zur Marktreife zu entwickeln«, betont Stefano Passerini, stellvertretender Direktor des HIU.

»Dass die zukünftige Verfügbarkeit von Kobalt für die Massenproduktion von Batterien als sehr kritisch einzustufen ist, zeigt sich auch an der Preiserhöhung von mehr als 120 Prozent innerhalb eines Jahres (2016-2017)«, unterstreicht der Systemanalytiker Dr. Marcel Weil vom HIU.

Das KIT und die Universität Ulm haben daher gemeinsam den Forschungs-Antrag »Energy Storage beyond Lithium: New storage concepts for a sustainable future« für einen Exzellenzcluster erarbeitet, welcher die Entwicklung von Natrium-Ionen-, Magnesium-Ionen- und anderen Batterien basierend auf reichlich vorhandenen Materialien verfolgt.