Wie sauber sind Nickel und Lithium in einer Batterie?

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Die Produktion von Lithium (Li) und Nickel (Ni), zwei wichtigen Rohstoffen für Batterien, kann zu sehr unterschiedlichen Emissionsprofilen führen.

Diese Grafik von Wood Mackenzie zeigt, wie sich der Nickel- und Lithiumabbau abhängig von den für die Gewinnung verwendeten Verfahren erheblich auf die Umwelt auswirken kann.

Nickel ist ein entscheidendes Metall in der modernen Infrastruktur und Technologie und wird hauptsächlich in Edelstahl und Legierungen verwendet. Aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit eignet sich Nickel auch ideal zur Erleichterung des Stromflusses in Batteriezellen.

Heutzutage gibt es zwei Hauptmethoden des Nickelabbaus:

Aus Lateritvorkommen, die überwiegend in tropischen Regionen vorkommen. Dabei handelt es sich um einen Tagebau, bei dem große Mengen Erde und Abraum abgetragen werden müssen, um an das nickelreiche Erz zu gelangen.

Aus Sulfiderzen, wobei Erzvorkommen, die Nickelsulfidmineralien enthalten, unter Tage oder im Tagebau abgebaut werden.

Obwohl Nickellaterite 70 % der weltweiten Nickelreserven ausmachen, produzierten magmatische Sulfidvorkommen in den letzten 60 Jahren 60 % des weltweiten Nickels.

Im Vergleich zur Lateritgewinnung emittiert der Sulfidabbau in der Regel weniger Tonnen CO2 pro Tonne Nickeläquivalent, da er weniger Bodenstörungen mit sich bringt und einen kleineren physischen Fußabdruck hat:

Die Nickelgewinnung aus Lateriten kann erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie z. B. Abholzung, Zerstörung von Lebensräumen und Bodenerosion.

Darüber hinaus enthalten Lateriterze häufig einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, sodass energieintensive Trocknungsprozesse erforderlich sind, um sie für die weitere Gewinnung vorzubereiten. Nach der Gewinnung erfordert die Verhüttung von Lateriten einen erheblichen Energieaufwand, der größtenteils aus fossilen Brennstoffen stammt.

Obwohl der Sulfidabbau sauberer ist, bringt er andere Umweltprobleme mit sich. Bei der Gewinnung und Verarbeitung von Sulfiderzen können Schwefelverbindungen und Schwermetalle in die Umwelt freigesetzt werden, was bei unsachgemäßer Handhabung möglicherweise zur Entwässerung von Säureminen und zur Verunreinigung von Wasserquellen führen kann.

Darüber hinaus ist der Abbau von Nickelsulfiden aufgrund ihrer Hartgesteinsbeschaffenheit in der Regel teurer.

Lithium ist der Hauptbestandteil wiederaufladbarer Batterien, die in Telefonen, Hybridautos, Elektrofahrrädern und Speichersystemen im Netzmaßstab zu finden sind.

Heutzutage gibt es zwei Hauptmethoden zur Lithiumgewinnung:

AusSole Dabei wird lithiumreiche Sole aus unterirdischen Grundwasserleitern in Verdunstungsteiche gepumpt, wo Sonnenenergie das Wasser verdampft und den Lithiumgehalt konzentriert. Die konzentrierte Sole wird dann weiterverarbeitet, um Lithiumcarbonat oder -hydroxid zu extrahieren.

Hardrock Bergbau oder Gewinnung von Lithium aus Mineralerzen (hauptsächlich Spodumen), die in Pegmatitvorkommen vorkommen. Australien, der weltweit führende Lithiumproduzent (46,9 %), gewinnt Lithium direkt aus Hartgestein.

Die Solegewinnung wird typischerweise in Ländern mit Salzseen wie Chile, Argentinien und China eingesetzt. Sie gilt im Allgemeinen als kostengünstigere Methode, kann jedoch Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie z. B. den Wasserverbrauch, die mögliche Kontamination lokaler Wasserquellen und die Veränderung von Ökosystemen.

Der Prozess emittiert jedoch weniger Tonnen CO2 pro Tonne Lithiumcarbonat-Äquivalent (LCE) als der Bergbau:

Beim Bergbau wird das Erz gebohrt, gesprengt und zerkleinert, gefolgt von der Flotation, um lithiumhaltige Mineralien von anderen Mineralien zu trennen. Diese Art der Gewinnung kann Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie z. B. Bodenbeeinträchtigungen, Energieverbrauch und die Entstehung von Abfallgestein und Rückständen.

Um die Nachhaltigkeit der Batterielieferkette sicherzustellen, sind umweltbewusste Praktiken bei der Gewinnung und Verarbeitung von Nickel und Lithium unerlässlich.

Dazu gehört die Umsetzung strenger Umweltvorschriften, die Förderung der Energieeffizienz, die Reduzierung des Wasserverbrauchs und die Erforschung saubererer Technologien. Kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen, die sich auf die Verbesserung der Extraktionsmethoden und die Minimierung der Umweltauswirkungen konzentrieren, sind von entscheidender Bedeutung.

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Lebenszyklusemissionen: Elektrofahrzeuge vs. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor

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Visualisierung der weltweit größten Lithiumproduzenten

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Wir untersuchen die CO2-Emissionen von Elektro-, Hybrid- und Verbrennungsfahrzeugen anhand einer Analyse ihrer Lebenszyklusemissionen.

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Nach Angaben der Internationalen Energieagentur ist der Transportsektor stärker auf fossile Brennstoffe angewiesen als jeder andere Wirtschaftszweig. Im Jahr 2021 war es für 37 % aller CO2-Emissionen aus Endverbrauchssektoren verantwortlich.

Um Einblicke in den Beitrag verschiedener Fahrzeugtypen zu diesen Emissionen zu erhalten, visualisiert die obige Grafik die Lebenszyklusemissionen von Fahrzeugen mit Batterie-Elektro-, Hybrid- und Verbrennungsmotor (ICE) anhand des Pathway Report von Polestar und Rivian.

Lebenszyklusemissionen sind die Gesamtmenge an Treibhausgasen, die während der gesamten Existenz eines Produkts, einschließlich seiner Herstellung, Verwendung und Entsorgung, emittiert wird.

Um diese Emissionen effektiv vergleichen zu können, wird eine standardisierte Einheit namens Tonnen CO2-Äquivalent (tCO2e) verwendet, die verschiedene Arten von Treibhausgasen und ihr globales Erwärmungspotenzial berücksichtigt.

Hier finden Sie einen Überblick über die Lebenszyklusemissionen mittelgroßer Elektro-, Hybrid- und Verbrennungsfahrzeuge im Jahr 2021 in jeder Phase ihres Lebenszyklus, basierend auf tCO2e. Diese Zahlen gehen von einer Nutzungsphase von 16 Jahren und einer Laufleistung von 240.000 km aus.

Auch wenn es nicht überraschend ist, dass batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) die niedrigsten Lebenszyklusemissionen der drei Fahrzeugsegmente aufweisen, können wir aus den Daten auch einige andere Erkenntnisse ziehen, die auf den ersten Blick vielleicht nicht so offensichtlich sind.

Auf dem Weg zu einer CO2-neutralen Wirtschaft können batterieelektrische Fahrzeuge eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der globalen CO2-Emissionen spielen.

Trotz des Fehlens von Abgasemissionen ist es jedoch gut festzustellen, dass viele Phasen des Lebenszyklus eines BEV immer noch recht emissionsintensiv sind, insbesondere wenn es um die Herstellung und die Stromerzeugung geht.

Die Förderung der Nachhaltigkeit der Batterieproduktion und die Förderung der Einführung sauberer Energiequellen können daher dazu beitragen, die Emissionen von BEVs noch weiter zu senken, was zu einem stärkeren Umweltschutz im Transportsektor führt.

Australien und Chile sind die größten Lithiumproduzenten, auf die fast 77 % des weltweiten Angebots entfallen.

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Lithium ist in den letzten Jahren unverzichtbar geworden, vor allem aufgrund des Booms bei Elektrofahrzeugen und anderen sauberen Technologien, die auf Lithiumbatterien basieren.

Der globale Markt für Lithium-Ionen-Batterien wurde im Jahr 2022 auf 52 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird im Jahr 2030 voraussichtlich 194 Milliarden US-Dollar erreichen.

Die obige Infografik nutzt Daten des United States Geological Survey, um die weltweit größten Lithium produzierenden Länder zu erkunden.

Australien und Chile sind die größten Lithiumproduzenten, auf die im Jahr 2022 fast 77 % der weltweiten Produktion entfallen.

*US-Produktionsdaten wurden zurückgehalten, um die Offenlegung proprietärer Unternehmensdaten zu vermeiden

Australien, der weltweit führende Produzent, gewinnt Lithium direkt aus Hartgesteinsminen, insbesondere das Mineral Spodumen.

Chile gewinnt zusammen mit Argentinien, China und anderen Top-Produzenten Lithium aus Sole.

Hartgestein bietet eine größere Flexibilität, da in Spodumen enthaltenes Lithium entweder zu Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat verarbeitet werden kann. Es bietet außerdem eine schnellere Verarbeitung und eine höhere Qualität, da Spodumen typischerweise einen höheren Lithiumgehalt enthält.

Die Gewinnung von Lithium aus Sole bietet hingegen den Vorteil geringerer Produktionskosten und einer geringeren Belastung der Umwelt. Das folgende Bild von Benchmark Minerals hilft dabei, die Kohlenstoffauswirkungen verschiedener Arten der Lithiumgewinnung aufzuschlüsseln.

Allerdings kann die Solegewinnung auch mit Herausforderungen im Zusammenhang mit der Wasserverfügbarkeit und den Umweltauswirkungen auf lokale Ökosysteme konfrontiert sein.

In den 1990er Jahren hielten die Vereinigten Staaten den Titel des größten Lithiumproduzenten und produzierten 1995 über ein Drittel der weltweiten Produktion.

Chile überholte jedoch schließlich die USA und erlebte einen Produktionsboom im Salar de Atacama, einem der reichsten Lithiumsolevorkommen der Welt. Seitdem ist auch Australiens Lithiumproduktion sprunghaft angestiegen und macht mittlerweile 47 % der weltweiten Lithiumproduktion aus.

China, der drittgrößte Produzent der Welt, konzentriert sich nicht nur auf die Entwicklung inländischer Minen, sondern hat im letzten Jahrzehnt auch strategisch Lithiumvorkommen im Wert von etwa 5,6 Milliarden US-Dollar in Ländern wie Chile, Kanada und Australien erworben.

Darüber hinaus verfügt China derzeit über fast 60 % der weltweiten Lithiumraffinierungskapazität für Batterien, was seine führende Stellung in der Lithium-Lieferkette unterstreicht.

Da weltweit die Produktion von Batterien und Elektrofahrzeugen zunimmt, wird die Nachfrage nach Lithium voraussichtlich stark ansteigen.

Im Jahr 2021 lag die weltweite Produktion von Lithiumcarbonatäquivalenten (LCE) bei 540.000 Tonnen.

Bis 2025 soll die Nachfrage 1,5 Millionen Tonnen LCE erreichen. Schätzungen zufolge wird diese Zahl bis 2030 auf über 3 Millionen Tonnen ansteigen.

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