Wettlauf um Batterie der Zukunft voll entbrannt

Wer macht das Rennen um die Batterie der Zukunft? Der Wettlauf um diesen Zukunftsmarkt ist voll entbrannt. Vor allem der Kampf um die dafür nötigen Rohstoffe macht den Unternehmen zunehmend zu schaffen. Nickel und Lithium könnten knapp werden. Vulcan hat eine Lösung parat.

Wo Lithium hernehmen?

Große Sorgen bereitet den Batterie-Herstellern der Rohstoff Lithium. Insgesamt dürfte der Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien in den nächsten Jahren sprunghaft ansteigen. „Die Nachfrage wird sich bis 2030 mehr als verfünffachen“, prophezeit Achim Kampker, Professor für Ingenieurwesen an der RWTH Aachen, der „Tagesschau“. Dabei dürfte Europa eine wichtige Rolle spielen. Immer mehr Zell-Produktionswerke sprießen aus dem Boden.

Kampker: „Europa entwickelt sich zu einem Hotspot für die Batteriezellproduktion.“

Lithium-Mangel bremst Batterie-Aufschwung

Einzig der Lithium-Mangel könnte laut „Tagesschau“ den rasanten Aufschwung bremsen. Die Sendung bezieht sich auf Aussagen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Die warnte unlängst, dass künftig nicht genug Lithium zur Verfügung stehen könnte. Bis 2030 werde die Nachfrage auf mindestens 316.000 Tonnen bis hin zu mehr als 550.000 Tonnen pro Jahr steigen. Dann fehlten 90.000 bis 300.000 Tonnen. Daher tüfteln Firmen an alternativen Batterie-Typen wie Natrium-Ionen-Akkus, die ohne Lithium und auch ohne Nickel, Kobalt und Kupfer auskommen. Das chinesische Unternehmen Contemporary Amperex Technology (CATL) wolle 2023 mit der Massenproduktion starten. Noch schlimmer wäre ein russisches Gas-Embargo. Dann müsste die deutsche Batterie-Industrie ihre Produktion sofort einstellen, warnte unlängst Christian Rosenkranz vom ZVEI-Fachverband Batterie. Man sei sowohl bei Blei- als auch bei Lithiumbatterien auf den Einsatz von Gas angewiesen.

Vulcan könnte Lösung für Lithium-Problem sein

Entlastung an der Lithium-Front könnte ab 2026 erfolgen. Autobauer Stellantis will spätestens von da an seine Autobatterien nicht mehr mit Lithium aus Südamerika befüllen, sondern von Energielieferant Vulcan Energie beziehen – vom Oberrhein, wie Sie unserem Beitrag „Vulcan erhält Großbestellungen für Lithium vom Oberrhein“ entnehmen können. Grund für die düsteren Annahmen der BGR sind laut der Studie nicht zu geringe weltweite Lithium-Vorkommen, sondern eine zu geringe Anzahl von Projekten zur Lithium-Gewinnung. In den Zahlen der Studie sind bereits alle bestehenden, sich im Bau befindlichen und hinreichend konkret geplante Lithium-Abbau-Projekte berücksichtigt worden – inklusive der Projekte von Vulcan Energie. Hauptursache für die drohende Lithiumknappheit ist die rapide steigende Anzahl an E-Autos im Rahmen der weltweiten Umstellung des Individualverkehrs – weg vom Verbrenner, hin zum E-Auto.

BGR: enorme Lithium-Lücke

Es ergibt sich laut der Studie der Bundesanstalt für Geowissenschaft und Rohstoffe also bis zum Jahr 2030 eine enorme Lithium-Lücke. Vulcan liest daraus eine Aufgabe für Politik, Industrie und Gesellschaft, den Fokus auf die Erschließung weiterer Projekte zur Gewinnung von Lithium zu legen – und dabei den Umweltschutz nicht zu vergessen.

Vulcan Energie-Lithium aus dem Oberrheingraben

Vulcan Energie will dazu mit den Projekten am Oberrheingraben einen wichtigen Beitrag leisten – und Deutschland und Europa mit CO₂-freiem Lithium versorgen. „Unsere Arbeit ist somit wesentlich für die Sicherung der Rohstoff-Unabhängigkeit Europas und zur Ermöglichung einer umweltfreundlichen und realistischen Mobilitätswende“, betont Vulcan-Mitgründer Horst Kreuter. „Neben der Gewinnung von CO₂-freiem Lithium können wir mithilfe unserer Geothermieanlage den Menschen vor Ort klimaneutrale und kostengünstige Wärme und Kälte anbieten – und das alles aus einer Ressource: dem Thermalwasser im Oberrheingraben.“

Politik gefordert – jetzt

Um Projekte wie dieses umsetzen zu können, brauche es jetzt die schnelle, tatkräftige Unterstützung der Politik – sowohl was finanzielle Investitionen als auch was die Beschleunigung von Genehmigungsverfahren angeht. Es brauche den Willen und die Unterstützung aus der Gesellschaft. Kreuter: „Nur so können wir es schaffen, die Lithiumlücke zu schließen: Gemeinsam.“

Neben Lithium rückt der Ukraine-Krieg zunehmend den Mangelrohstoff Nickel in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. Wie die „Tagesschau“ weiter berichtet, steckt bei Kobalt-Nickel-Mangan-Batterien 40 Prozent Nickel drin. 75 Prozent davon stamme aus Russland. Seit Beginn des Ukraine-Kriegs gebe es enorme Engpässe bei Nickel. Autokonzerne suchten verzweifelt nach alternativen Bezugsquellen. VW zum Beispiel wolle Nickel aus Indonesien beziehen. Bisher seien in den meisten Stromern entweder Kobalt-Nickel-Mangan-Batterien (NMC) oder Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Batterien (NCA) im Einsatz. NMC enthält zwar weniger Nickel (20 Prozent), dafür aber mehr Kobalt – einem ebenfalls kritischen Rohstoff, der zwar nicht aus Russland kommt, dafür aber vor allem aus dem Kongo mit den dortigen Problemen unzureichender Nachhaltigkeit.

Autobauer setzen auf neue Batterietypen

Viele Zellfertiger und Autobauer setzen laut „Tagesschau“ daher zunehmend auf neue Batterietypen, die weniger kritische Rohstoffe enthalten. So gewinnen LFP-Batterien aus Lithium-Eisenphosphat, an Bedeutung. Vor allem China sei hier führend in der Produktion:

• Der Autobauer BYD habe im vergangenen Jahr Hunderttausende E-Autos mit der LFP-Technik ausgestattet.
• US-Autobauer Tesla habe sein Werk in Shanghai auf LFP umgestellt mit Hilfe von CATL. Die Basisversion des Model 3 wird in China teilweise schon mit LFP-Zellen angeboten.

Deutsche Autobauer wollen ebenfalls verstärkt den neuen Batterie-Typ einbauen:

• Mercedes werde von 2024 an für seine nächste Stromer-Generation unter anderem in den Modellen EQA und EQB LFP-Batterien verwenden.
• VW wolle künftig im Basis-Segment verstärkt die LFP-Technik nutzen.

Batterie-Markt in Bewegung

„Der Batterie-Markt ist derzeit kräftig in Bewegung“, kommt in der Sendung Ulrich Weitz zu Wort, Vorstandschef von Ibu-tec. Die Weimarer Firma zählt zu den deutschen LFP-Pionieren. Ibu-tec habe die ursprüngliche Technologie von BASF erworben und will sie nun zum Großeinsatz bringen. Das Problem: Die bisherige Produktion reiche gerade mal für 40.000 E-Autos mit je 50 Kilowattstunden. Viel zu wenig, findet Weitz. Im Chemiepark Bitterfeld plant sein Unternehmen eine weitere Produktionsanlage als Ergänzung des bisherigen Werkes in Weimar. Der Ibu-tec-Manager sei sich mit anderen Mobilitätsexperten sicher, dass LFP vor einer rosigen Zukunft stehe. Gegenüber den anderen zwei Batterie-Typen NMC und NCA bescheinigt Kampker LFP einige Vorteile bei:

• Umweltschutz,
• Sicherheit,
• Lebensdauer
• Kosten.

Lithium-Eisen-Batterien schneller aufladbar

Die Lithium-Eisen-Batterien seien schneller aufladbar und hätten mehr Ladezyklen. „Außerdem brennen sie nicht“, so Weitz. Allerdings ist ihre Reichweite wegen ihrer relativ geringen Energiedichte begrenzt. Daher dürften sich vorerst eher kleinere Fahrzeuge mit LFP-Technik in der Stadt mit einer Reichweite von bis zu 80 Kilometer durchsetzen, glaubt Weitz. Die zweite Generation der LFP-Technik von CATL soll aber z.B. dem Tesla inzwischen schon Reichweiten von 490 Kilometer erlauben. Für die Zukunft rechnen Experten wie Kampker ohnedies nicht mehr mit größter Reichweite als Hauptargument für ein E-Auto. Sobald es eine Reichweiten-Gleichheit der Stromer mit konventionellen Autos gebe, werde der Preis wichtiger. Dann würden zunehmend günstigere E-Autos für den Stadtverkehr nachgefragt. Bei E-Fahrzeugen macht die Batterie 40 Prozent der Kosten aus.

Nickel, das Allround-Metall

Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften kommt Nickel eine große Bedeutung bei der Umsetzung neuer Megatrends, wie der Energie- und Verkehrswende, der Dekarbonisierung der Gesellschaft und der fortschreitenden Urbanisierung zu. Nickel findet in zahlreichen Industriezweigen Verwendung und wird vor allem zur Herstellung von Edelstahl und Nickellegierungen (z. B. Superlegierungen) eingesetzt. Neben diesen traditionellen Verwendungsbereichen wird in den kommenden Jahren, insbesondere mit dem globalen Hochlauf der Elektromobilität, ein deutlicher Anstieg der weltweiten Nickelnachfrage für die Batterieherstellung erwartet. Der globale Nickelmarkt lässt sich vereinfacht in drei Produktfelder gliedern:

• hochreines Nickelmetall (> 99 Prozent Ni, sogenanntes Class-I Nickel),
• Nickelchemikalien und Class-II Nickel (< 99 Prozent Ni),
• wie Ferronickel und
• Nickelroheisen (NPI).

Im Jahr 2021 entfielen laut BGR

• etwa 65 Prozent des weltweiten Raffinadeangebots an Primärnickel auf Class-II Nickel,
• rund 30 Prozent auf Nickelmetall und
• fünf Prozent auf Nickelchemikalien (vor allem Nickelsulfat).

Der Einsatz von Nickel als Legierungselement ist von großer Bedeutung. Schon geringe Nickelzusätze erhöhen z. B. die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl. Das bislang mit Abstand wichtigste Anwendungsfeld von Nickel ist die Herstellung von nichtrostendem Stahl, das im Jahr 2021 etwa 73 Prozent der weltweiten Nachfrage ausmachte, gefolgt vom Einsatz in Batterien (elf Prozent) sowie der Herstellung von den Nichteisen-Legierungen (sechs Prozent).

Nickel für nichtrostenden Stahl

Während für nichtrostenden Stahl mittelfristig weiterhin hohe jährliche Wachstumsraten von bis zu fünf Prozent erwartet werden, gehen die Wachstumsprognosen für die Verwendung von Nickel in Batterien von jährlich zwischen 20 und 30 Prozent aus. Damit ist laut BGR die Batterieherstellung nun zum zweitwichtigsten Anwendungsbereich von Nickel aufgestiegen und könnte im Jahr 2030 bereits mehr als ein Viertel der Nachfrage ausmachen. Die weitere Entwicklung der Nachfrage im Bereich Elektromobilität hänge aber stark von der dominierenden Batteriechemie ab. In den letzten Jahren hat der Nickelanteil am Kathodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterien deutlich zugenommen. Andererseits haben die bislang vor allem in China eingesetzten nickelfreien Lithium-Eisenphosphat-Batterien zuletzt deutlich an Marktanteilen gewonnen und im Vorjahr bereits mehr als die Hälfte der dort produzierten Batterien ausgemacht.

Verbraucherländer für Nickel

Die im Jahr 2021 mengenmäßig größten Verbraucherländer von Nickelmetall waren laut BGR

• China,
• Japan,
• USA und
• Deutschland

Zusammen standen sie für fast zwei Drittel der weltweiten Nachfrage. In Deutschland setzen zahlreiche Unternehmen Nickel in der Herstellung der unterschiedlichsten nachgelagerten Produkte ein. Mengenmäßig ist einzig Class-I Nickel von großer Bedeutung. Nickellegierungen stellen hierzulande die derzeit wichtigste Erstanwendung von Nickelmetall dar.

Herkunftsländer von Nickel

Nickelmetall wird vor allem durch die pyro- und hydrometallurgische Weiterverarbeitung sulfidischer Nickelerze hergestellt. Im Jahr 2021 wurden laut BGR diese Erze gefördert in:

• Brasilien,
• USA,
• Kanada,
• Finnland,
• Norwegen,
• Russische Föderation,
• Sambia,
• Simbabwe,
• Südafrika,
• China und
• Australien.

Daraus wurden zuletzt jährlich knapp 80 Prozent des Nickelmetalls hergestellt. Die verbleibenden rund 20 Prozent des Metalls wurden hydrometallurgisch aus oxidisch-silikatischen Erzen, sogenannten Lateriten gewonnen, 2021 für die Metallproduktion aus Australien, Madagaskar, Kuba und den Philippinen sowie in geringem Maße aus Indonesien. Das sekundäre Nickelangebot stammt aus dem Recycling aus den unterschiedlichsten Quellen, wobei dieses Angebot vor allem Abfälle und Schrott aus nichtrostendem Stahl überwiegend direkt wieder der Herstellung neuen nichtrostenden Stahls dient und untergeordnet von Class-I Nickel. Im Jahr 2021 wurden laut BGR an 17 Standorten in elf Ländern knapp 780.000 t Nickelmetall hergestellt:

• China rund 160.000 t oder 20,4 Prozent,
• Russische Föderation 15,6 Prozent,
• Kanada 13,1 Prozent
• Australien 12,7 Prozent.

Die Top-Produzenten von Nickel

In Europa wurden mit fast 300.000 t rund 38 Prozent des globalen Angebots produziert. Mehr als ein Dutzend Unternehmen waren im letzten Jahr in der Herstellung von Nickelmetall tätig. PJSC MMC Norilsk Nickel (Nornickel) erbrachte mit über 160.000 t die größte Produktion (20,8 Prozent), gefolgt von der Jinchuan Group (18,7 Prozent), Glencore Plc. (16,1 Prozent) und Vale S. A. (13,8 Prozent). Diese vier Unternehmen erzeugten an acht Standorten knapp 70 Prozent des weltweiten Nickelmetalls. In der EU erbrachten die Unternehmen Nornickel und Eramet Group zusammen rund sechs Prozent des globalen Metallangebots. Die Zwischenprodukte für die finnische Raffinerie stamme von Nornickel aus der Russischen Föderation. Eramet Group bezog Zwischenprodukte für ihre Raffinerie in Frankreich aus Finnland.

Die Marktkonzentration sowohl nach Produzentenländern als auch nach produzierenden Unternehmen für Nickelmetall stuft die BGR als niedrig ein. Hinsichtlich einzelner Qualitäten und Formen sei sie allerdings bedenklich. Der Wegfall einzelner Anbieter könne große Auswirkungen auf die Versorgung mit Nickelmetall haben. In den letzten Jahren wurden beispielsweise Raffinerien in Brasilien, Australien, der Russischen Föderation und Kanada geschlossen. Weitere kleinere Raffineriestandorte in China hätten die Produktion zuletzt von Metall auf die lukrativere Produktion von Nickelsulfat umgestellt.