Lithium: Schlüssel zur Energiewende und Herausforderungen der Diversifizierung

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die globale Energiewende hin zu erneuerbaren Energien erfordert eine drastische Erhöhung der Batteriekapazitäten, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Lithium, ein entscheidender Rohstoff für diese Batterien, steht im Mittelpunkt der Diskussionen über nachhaltige und diversifizierte Rohstoffquellen.

Die Umstellung auf eine kohlenstoffarme Wirtschaft ist ohne Batterien nicht denkbar, und diese benötigen Lithium. Glücklicherweise ist das Metall reichlich vorhanden, und die Wissenschaft verbessert sich kontinuierlich in der Erkundung, Gewinnung und Verarbeitung. Die Nachfrage nach Batterien, insbesondere für Elektrofahrzeuge, hat in den letzten Jahren exponentiell zugenommen. Während die weltweite Batteriekapazität in Elektrofahrzeugen 2016 noch bei etwa 50 Gigawattstunden lag, stieg sie bis 2023 auf fast 800 Gigawattstunden an. Bis 2035 könnte diese Kapazität laut einem Szenario der Internationalen Energieagentur mindestens das Zehnfache des Wertes von 2023 erreichen.

Die Geschichte der wiederaufladbaren Batterien reicht über 150 Jahre zurück, beginnend mit der Erfindung der Blei-Säure-Batterie durch den französischen Physiker Gaston Planté im Jahr 1859. Diese Technologie wurde genutzt, um die ersten Elektroautos zu betreiben, die um die Jahrhundertwende entwickelt wurden. Heute ist Lithium das bevorzugte Element in den schweren Boxen, die Elektrofahrzeuge antreiben. Die Lithium-Ionen-Batterie, entwickelt von John Goodenough, Stanley Whittingham und Akira Yoshino in den 1970er und 1980er Jahren, erhielt erst 2019 den Nobelpreis für diese bahnbrechende Entwicklung.

Lithium ist das kleinste metallische Atom im Periodensystem unter normalen Bedingungen und das leichteste der Alkalimetalle. Dies bedeutet, dass es für seine Größe eine große elektrische Ladung tragen kann und in vielen Orten zu finden ist, von Mineralvorkommen bis hin zu salzhaltigem Wasser. Die United States Geological Survey schätzt, dass die bekannten Lithiumquellen weltweit etwa 105 Millionen Tonnen umfassen, von denen 28 Millionen Tonnen mit den derzeitigen Technologien wirtschaftlich gewonnen werden können. Dies könnte für etwa ein Jahrhundert an Batterieversorgung ausreichen.

Ein Großteil der bekannten zugänglichen Lithiumvorkommen befindet sich jedoch in nur wenigen Ländern. Obwohl Australien derzeit der weltweit größte Produzent von Lithium ist, befinden sich etwa die Hälfte der bekannten Reserven in Salzebenen im sogenannten ‘Lithium-Dreieck’ an den Grenzen von Chile, Bolivien und Argentinien. Auch China verfügt über beträchtliche Reserven. Die Gewinnung von Lithium aus diesen Quellen ist ein energieintensiver Prozess, der große Mengen an Wasser erfordert, um es aus seiner Quelle in riesige Teiche zu pumpen, wo das Wasser verdunstet und Salze zurückbleiben.

Eine offensichtliche Alternative ist die Gewinnung von Lithium aus Salzlösungen wie Meerwasser; das Element ist in den Ozeanen der Welt reichlich vorhanden. Aber bei 0,1–0,2 Teilen pro Million ist die Gewinnung des Metalls aus diesen Quellen technisch herausfordernd und hat, wie auch der Lithiumabbau, einen erheblichen ökologischen Fußabdruck. Aus diesen Gründen werden Salzlösungen nicht als zuverlässige Quelle angesehen. Doch es gibt Möglichkeiten, bestehende Methoden zur Trennung von Lithium aus minderwertigen Quellen zu verbessern, wie die Entwicklung von Chemikalien, die Lithium effektiver binden, oder die Verwendung spezieller Filter und Elektrizität, um es zu trennen.

Die gute Nachricht ist, dass mehrere Techniken, von verbesserten Filtern bis hin zu besseren Fällungsmethoden, entwickelt werden, um genau das zu erreichen. Forscher untersuchen auch Alternativen zu Lithium, einschließlich Natrium. Das Element steht direkt unter Lithium im Periodensystem, hat ähnliche chemische Eigenschaften und ist leichter zu beschaffen, aber seine Atome sind schwerer. Die Extraktion ist nur ein Teil der Geschichte. Wenn es um den gesamten Prozess der Herstellung von Lithiumbatterien geht, hat nur ein Land herausgefunden, was zu tun ist: China. Die Regierung und Unternehmen haben stark in alle Phasen der Entwicklung von Elektrofahrzeugen investiert, einschließlich Batterien.

Obwohl das Land für den Abbau von etwa 20 % des weltweiten Lithiums verantwortlich ist, raffiniert es fast 60 %. Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriekomponenten ist China für mehr als 80 % jedes weltweit verwendeten Batterieteils verantwortlich. Andere Länder müssen herausfinden, wie sie ebenfalls auf diese entscheidende Energiequelle zugreifen können. Der letzte Teil des Bildes ist die Verbesserung der Batterien selbst. Die Leistung der Batterien muss verbessert werden; sie müssen länger halten und vollständig oder größtenteils recycelbar sein. In jeder Hinsicht ist Lithium der Schlüssel.

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