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Kobalt Kinder

E-Mobilität: Batterie-Rohstoff Kobalt könnte knapp werden

extremer Wasserverbrauch - Kinderarbeit - endliche Lagerstätten -hohe Preise

Kobalt Kinder
Kobalt Mitarbeiter im Kongo
Kobalt-Minenarbeiter -Foto: Washington Post/GettyImages,künstl.Veränderung:Revierkohle

Wir haben uns mit dem Thema E-Autos bereits mehrmals beschäftigt und dabei immer wieder feststellen müssen, dass das E-Auto keine langfristige  Zukunft haben kann. Und das aus rein physikalisch-technischen Gründen. (siehe unser Jahrbuch 2017 und 2018) Die Gründe wollen wir hier nicht wiederholen. Stattdessen werden wir uns heute mit dem Rohstoff und den Produktionsbedingungen in Südafrika und China beschäftigen, wo sich 70 % der Lithium-Lagerstätten weltweit befinden. Neuerdings wird auch in Zinnwald in Sachsen nach dem wertvollen Rohstoff gesucht. Dort sollen sich nach Angaben des GF der Deutschen Lithium GmbH, Prof. Armin Müller, rd 100 Mio.T Lithium befinden. Wegen der zweifelhaften Menge werden wir hierauf in einem gesonderten Beitrag eingehen. 

Elektromobilität

schmutzige Arbeit für angeblich saubere Autos

E-Autos brauchen Batterien und diese brauchen Kobalt, ein zentraler Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien. Kobalt ist ein schweres Metall, das als extrem hitzebeständig gilt und dafür sorgt, dass die Batterie nicht verbrennt. Hauptproduzent ist die schweizerische Firma Glencore und ihre Tochter Katanga. Zwei Drittel der weltweiten Kobaltproduktion i.H.v. 100.000 T (2017) stammt aus dem Kongo. Das entspricht 40 % der Jahresproduktion. Die weltweiten Kobalt-Vorräte belaufen sich auf rd. 25 Mio. T.  Das Alkali-Leichtmetall Lithium hat eine Lagerstättenreichweite von rd. 46 Mio.T. Konzentriert findet man dieses in Argentinien (9,8 Mio.T), Bolivien (9Mio. T); China (7 Mio. T); Chile (8,4 Mio. T), USA (6,8 Mio. T) und Australien mit 5 Mio. T.  Und da der Rohstoff heiß begehrt ist, ist der Preis für eine Tonne Lithium innerhalb eines Jahres bis Mitte 2017 auf 14.000 und bis Ende 2019 auf 18.000 US-Dollar gestiegen. Und das hat Folgen. Nicht nur für die Umwelt, sondern auch für die betroffenen Menschen, die sich in den Minen unter z.T. erbärmlichen Bedingungen verdingen müssen. Es geht um Kinderarbeit wie im Kongo, Korruption wie in Südafrika, Waffenhandel und natürlich Ausbeutung im großen Stil.  Amnesty International hatte diese Situation in einer Studie bereits 2016 bemängelt. Das sollte man wissen, bevor man sich für ein E-Auto entscheidet.  

Johan August Arfwedson

Johan August Arfwedson

Entdecker des Lithiums (1817)

Elektrofahrzeug

E-Auto

umweltfreundlich? Fehlanzeige !

Smartphone

Lithium

auch in jedem Handy

Kristall
Silizium-Quartz -Foto: Didier Descouens,wikimedia commons,FNU

Lithium-Gewinnung aus der Nähe betrachtet

Glencore- weltweit größter Kobald-Produzent
Lithium Ion Batterie
Lithium-Batterie, Foto: pixabay.com
Batterie
Tonnenschwere Batterien im LKW, Foto: Brian Dorff, pixabay.com

Lithium ist ein weiss-wässriges Alkali-metall, das in einem Verdunstungsprozess gewonnen wird. Inmitten der Atacam-wüste, 1500 Km nördlich der chilenischen Hauptstadt Santiago gelegen liegt tief unt-er der Erde der Atacama-Salzsee. Er ge-hört zum sog. Lithium-Dreieck zwischen Bolivien, Argentinien und Chile.

Das mineralhaltige Grundwasser des Sees wird in riesige Becken gepumpt. Die Wüst-ensonne sorgt dafür, dass das Wasser ver-dunstet, wodurch sich nach und nach unt-erschiedliche Salze im Beckenboden ab-setzen. Diese Salzlösung wird dann in einem chemischen Prozess in Lithiumkar-bonat umgewandelt.  Hierbei wird in Auf-bereitungsanlagen unerwünschtes Bor und Magnesium extrahiert und ausgefilt-ert. Dann wird die Salzlauge mit Natrium-carbonat behandelt. Das dabei ausgefällte Lithiumcarbonant wird gefiltert und ge-trocknet. Das ist ein aufwendiger Prozess.

Da durch den Verdunstungsprozess ex-trem viel Wasser verbraucht wird, kommt es zu Wasserknappheit, Bodenkonta-minierung durch Chemikalien und Ver-seuchung des Trinkwassers, da die Ab-wässer und die Restsolen meist ungeklärt in den Salzsee zurückgepumpt werden. Hört sich unappetitlich an und ist es auch.

KNAPPHEITSGUT

Wegen seiner hohen Energiedichte wird Kobalt zunehmend nachgefragt. In den vergangenen 12 Monaten hat sich der Preis pro Tonne Kobalt daher von 54.000 auf 88.500 US-Dollar erhöht. Vor 3 Jahren lag der Preis noch bei rd.30.000 US-Dollar. Pro Autobatterie rechnen die Fachleute mit 10 bis 20 Kg Lithiumkarbonat und 10 bis 16 kg Kobalt. Der Kobaltanteil im Akku soll in den nächsten Jahren durch techn. Weiterentwicklungen reduziert werden.

RISIKOGUT

Eine Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) kommt zu dem Ergebnis, dass sich die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien bis 2026 auf das 14-bis 24-fache der derzeitigen Produktionska-pazität erhöhen  wird. Die Studie geht allerdings davon aus, dass sich bis 2026 rd. 18 Mio. E-Autos auf den Strassen welt-weit bewegen werden.

Wir haben da so unsere Zweifel. Denn gem. den Aussagen der Bundesregierung zufolge sollten 2020 in Deutschland auch schon rd. 1 Mio. E-Autos unterwegs sein. Wegen der Reichweitenproblematik und der fehlenden Ladeinfrastruktur sind es Ende 2019 daher gerade einmal 83.173 zugelassene Stromer gewesen. ( Statista)

Hinzu kommt das Problem der fehlenden Substituierbarkeit von Kobalt und Lithium sowie der fehlende Strom bei Flaute, so-weit man ernsthaft den Batteriestrom über Windstrom gewinnen will. Einstweilen sind es nämlich ausschließlich fossile Energie-träger, die den Strom für die E- Autos Tag und Nacht liefern können.

Zwar wird es in Zukunft möglich sein, dass Lithium durch Schwefel (Li-S) ersetzt wird und die Reichweite eines E-Autos dann rd. 1000 km betragen könnte, jedoch mangelt es diesen sog. Li-S-Batterien an der Zy-klenstabilität. Will heißen: nach rd. 50 Lade/Entladevorgängen sind die Elektro-lyte ausgetrocknet. Beim Frauenhofer-IWS-Institut in Dresden tüftelt man zwar schon seit einigen Jahren  an stabilen Anoden-konzepten, aber diese stabileren Zellen er-reichen dann keine hohe Energiedichte mehr.  Das ist aber entscheidend für eine längere Reichweite.   

Quellenhinweise:

Handelsblatt vom 02.10.2019; Welt vom 28.11.2017;  emobicon.de vom 06.07.2018; Meyer, Carsten: Fünf Fakten zu Lithium und Kobalt, in: ZDF vom 06.10.2018; 14.30 h; Boddenberg, Sophia: Lithiumabbau in Chile -Fluch oder Segen ?, in: Deutsche Welle vom 28.04. 2018; Wirtschaftswoche vom 10.05.2018; Focus-Online vom 03.07.2018 ; elektronik.net.de vom 06.02.2014 und RK-Redaktion vom 20.01.2020
 
Fotos: (klein, Mitte) v.l.n.r.: Fehr and Miller of Stock-holm, CC-PD-Mark, FNU, wikimedia commons ; E-Auto: MikesPhotos, pixabay.com; Handy: Stocknap, pixa-bay.com 

Und dann wäre da noch der risikobe-haftete Versorgungsweg zu beachten.

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rostoffe ordnet zusammen mit dem  IW den Rohstoff Kobalt zur sog. “roten Gruppe” zu. Innerhalb dieser Risikobe-wertungsgruppe nimmt Kobalt den ersten Platz ein, da dieser hauptsächlich im Kon-go, in Russland, in Kuba und in Chile abge-baut wird. Aus Sicht der Behörde und der Deutschen Wirtschaft sind das alles Hoch-risikoländer. Wie auf dieser Basis eine sichere Rohstoffversorgung zur Herstell-ung lupenrein umweltfreundlicher Auto-batterien zustande kommen kann, ist für uns bis auf Weiteres schleierhaft.   

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Die Lithium-Lücke und ihre Bedeutung für die E-Mobilität

Trotz schlechter Erfahrungen bei anderen Nahverkehrsunternehmen will der Hamburger Verkehrsverbund in Sachen Elektromobilität aufrüsten. Eine Meta-Studie der Helmut-Schmidt-Universität und der Bundeswehr-Uni kommt zu dem Ergebnis, das das Hamburger Stromnetz eine solche Umrüstung verträgt


E-Bus


Seit Sept. 2016 haben sowohl die Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein (VHH) und der Hamburger-Ver- kehrsverbund (HVV) viel Geld in die Hand genommen, um neue Elektro-Gelenkbusse, die mit Batteriekraft fahren, in Betrieb zu nehmen. Allein in den VHH-Be-triebsbahnhof Bergedorf flossen in 2016 600.000 EUR für eine neue Elektrobus-Infrastruktur und die gleiche Summe soll in die Modernisierung des Betriebshofs HH-Schenefeld fließen, der bisher nur für vier Elektro- busse zum nachladen gerüstet war. Eine Meta- Studie der Helmut-Schmidt-Universität und der Universität der Bundeswehr kommen im Auftrag von VHH, Hoch- bahn Hamburg und Stromnetz Hamburg zu dem Er- gebnis, das das Hamburger Stromnetz für die Um- rüstung der Busse auf Batteriebetrieb gerüstet sei. In drei Umspannwerken könnte die zulässige Spitzen- last bis 2030 überschritten werden. Das aber nur bei ungesteuertem Ladevorgang. Ein smartes Lademana- gement sowie ein optimiertes Betriebsleitsystem incl. optimiertem Fahrverhalten durch die Busfahrer kann die benötigte Anschlussleistung für alle E-Busse durchaus reduzieren, so das Ergebnis der Studie.  Der Gesamtenergiebedarf aller Busbetriebshöfe der Hamburger Hochbahn beläuft sich auf rd. 132 Giga- wattstunden pro Jahr. Bis 2030 sollen rd. 1.600 E-Busse neu in Betrieb genommen werden. Wir wollen nicht in Frage stellen, ob das 10kV Mittelspann-ungsnetz für diese Umrüstung ausreicht, denn wir gehen davon aus, das die konventionell arbeitenden Grundlastkraftwerke auch in Zukunft für die  not- wendige Spannungsstabilität sorgen werden. Uns  interessiert mehr das Problem der Lithium-Gewinnung für die Batterien, da in Zukunft mit grösseren Bedarfslücken zu rechnen ist. Außerdem glauben wir, das der HVV das Ladeproblem unter-schätzt.

Elektrogelenkbus VHH

ein neuer 18 Meter langer VHH-Elektro-Gelenkbus des belgischen Herstellers Van Hool                     Foto: VHH

Quellenhinweise:

Der Spiegel vom 10.4.2017; Manager-Magazin vom 16.12.2015; Offenbacher Busfahrermagazin vom 24.3.2017; Züricher Tagesanzeiger vom 17.10.2016;  Kölnische Rundschau vom 18.01.2017; U. Langer: Kölner E-Busse haben Probleme bei Frost, in: Europäisches Institut für Klima und Energie vom 20.01. 2017; N.N.: Hamburger Stromnetz für den Ausbau der E-Mobilität gerüstet, in: Hamburg-News.de vom 27.3.2017; Detlef Schulz (Hrsg.): Metastudie Elektro- mobilität, Anforderungen an das Stromnetz durch E-Mobilität, insbesondere Elektrobusse in Hamburg, Hamburg vom 9.12.2016; Tagesspiegel (Berlin) vom 29.09.2015; Christian Hinkelmann (Hrsg.) : Nahverkehr Hamburg, Hamburg 2016; Schweriner Volkszeitung vom 01.06.2016, Focus vom 10.4.2017 sowie  Revierkohle-Redaktion vom 15.04.2017

Foto: oben: Scharfsinn86, fotolia-Kauf

Lithium, genauer: Lithiumkarbonat, gehört zu den Schlüsselrohstoffen der kommenden Jahrzehnte. Es handelt sich dabei um ein salzhaltiges Leichtmetall. Aus Lithiumkarbonat lassen sich Lithium-Batterien für Elektroautos herstellen. 2014 lag die weltweite Nach- frage  nach diesem knappen Rohstoff bei 183.000 Tonnen. Der Preis für eine Tonne Lithium liegt aktuell bei rd. 6.000 Dollar. Tendenz stark steigend. Dement-sprechen sind Lithium-Batterien sehr teuer. Die von den Berliner Verkehrsbetrieben eingekauften E-Busse sind mit rd. 700.000 EUR pro Fahrzeug doppelt so teuer wie ein Dieselfahrzeug. Außerdem sind die Batterien anfällig für Schäden aller Art. ( Ladevorgang, Wärme und Kälte etc.) Daher wurden die E-Busse von den Berliner Verkehrsbetrieben einstweilen wieder aus dem Verkehr gezogen. Die Praxistauglichkeit müssen auch die E-Busse der Schweriner Nahverkehrs betriebe erst noch unter Beweis stellen, da noch viel- erorts die benötigte Infrastruktur zum Aufladen der Batterien fehlen würde. Außerdem eignen sich die Busse für Überlandfahrten weniger, da die Reichweite der Batterien von 200 Kilometern begrenzt ist. Hinzu kommen die höheren Anschaffungspreise, was Aus- wirkungen auf den Ticketpreis haben wird, so Lothar Marzkeit, Prokurist der Schweriner Verkehrsbetriebe.  Diese Probleme haben die Hamburger Verkehrsbe-triebe durch den bereits an vielen Stellen vollzogenen Ausbau von Schnellladestationen mit geringeren Ent- fernungen zwar nicht, aber sie könnten bei entsprech- enden Wetterverhältnissen sehr viel schneller den gespeicherten Strom verlieren. Das jedenfalls haben die Kölner Verkehrsbetriebe erst jüngst erfahren dürfen. Die E-Bus-Flotte bekam kalte Füsse im Jan. 2017 und prompt klappte es mit dem Aufladen an den Endhaltestellen nicht mehr. Der Frost sorgte dafür, das die Kontakte der Ladestellen einfroren. Hinzu kommt, das im Winter mehr Licht verbraucht wird und die Heizungen im Bus im Dauereinsatz sind. Das er- zeugt einen enormen Energieverlust. Der Ladestatus darf außerdem die 60 % Marke nicht unterschreiten, weil dann die Lebenslaufzeit der Batterie verkürzt wird. Die Offenbacher Verkehrsbetriebe wollen ihre E-Busse daher nicht an Schnellladestationen an- schließen, sondern im vorgeheizten Depot über Nacht aufladen. Auch dort probiert man noch aus, wie man mit Belastungssituationen und Streckenlängen in Zu- kunft umgehen soll. In Zürich schaffen die E-Busse auch nur 150 bis 180 Kilometer Reichweite. Da ein Quartiersbus der Züricher Verkehrsbetriebe aber täglich bis zu 300 Kilometer zurücklegt, müssen die Testbusse zur Mittagszeit in die Garage zum fünf-bis sechsstündigen Aufladen. Dazwischen zuckelt der Dieselbus oder wahlweise auch der Oberleitungsbus durch die Stadt. Auch in Zürich kennt man das Lade-und Kälteproblem der Lithium-Batterien.

Sollten die  Verkehrsbetriebe mit Hilfe von Elektrobussen das Klima retten wollen, so können wir diesen schon heute versichern, das das nicht gelingen wird, weil man das Klima nicht beeinflussen kann. Es ist im übrigen auch nicht notwendig, weil keine Klimakatstrophe droht, die durch Menschenhand verursacht wird. Dafür drohen aber in Zukunft ungeahnte Preissteigerungen bei den Ticketpreisen, weil Lithium für die Herstellung von Batterien immer teurer werden dürfte. Dieses Problem hat der E-Autobauer Tesla Motors erst jüngst im Rahmen des Baus einer neuen Lithium-Gigafabrik erfahren dürfen. Anfang 2017 hat Tesla zusammen mit der Fa. Panasonic am Rande der Wüste von Nevada damit begonnen, eine Serienproduktion von Lithium-Batterie-zellen zu starten. Auch in Asien entstehen derzeit neue Batteriefabiken. Der Wettlauf um den knappen Rohstoff Lithium hat also begonnen. 500.000 Elektroautos will Tesla demnächst jährlich verkaufen. Das ist eine echte Konkurrenz auch für den öffentlichen Nahverkehr. Rund 70 % der Lithium-Vorkommen liegen in den struktur-schwachen und politisch instabilen südamerikanischen Ländern Chile, Argentinien und Bolivien, wo auch Billig-importkohle herkommt. Grössere Mengen von Lithium kann Tesla aufgrund der enormen Nachfrage und der Unerfahrenheit der Zuliefererfirmen derzeit nicht bekommen. Das ist ein Problem für den Autohersteller. Die Anwohner im bolivianischen Salar de Uyuno wiederum fürchten den Abbau von Lithium in der größten Salz- wüste der Welt durch die deutsche Firma K-UTEC Salt Technologies aus Thüringen.  Denn die Schönheit der Natur könnte durch den geplanten Abbau bald der Vergangenheit angehören. Das wäre für den bolivianischen Tourismus eine Katastrophe. Schon 2018 will K-UTEC AG 30.000 Tonnen Lithium pro Jahr fördern. In dem armen Land lassen sich aber nur höchstens 9 Mio. Tonnen Lithium gewinnen. Dafür muß die Umwelt enorm leiden. Denn die Produktion von Lithium ist nicht harmlos. Erst müssen einige Millionen Kubikmeter Lithium-Lösung aus den Salzseen in riesige Becken eingefüllt werden. In diesen verdunstet das Wasser. Anschließend wird aus der konzentrierten Lösung Lithium in mehreren weiteren Arbeitsschritten gewonnen. Man hofft auf Milliarden-profite. Das ist durchaus realistisch, weil die globalen Reserven an Lithiumsalzen bei nur 58 Mio. Tonnen liegen. Wirtschaftlich lassen sich davon allerdings nur rd. 35 Mio. Tonnen gewinnen. Mit anderen Worten: Lithium reicht nur für wenige Dekaden. Wenn alle Privatfahrzeuge auch noch auf Batteriebetrieb umgerüstet werden sollen, dann dürfte der Rohstoff noch schneller erschöpft sein. Aber mit solchen Problemen wird sich der Hamburger Verkehrsverbund wahrscheinlich nicht herumschlagen, denn ansonsten würde er ja eine andere Strategie verfolgen.

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