Im folgenden Gastbeitrag setzt sich Kyle Pennell mit der Frage der Lithium-Verfügbarkeit für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge auseinander. Lithium-Ionen-Batterien besitzen mehrere Vorteile gegenüber anderen Batterietypen. Und obwohl sie immer noch teurer sind als ihre Pendants aus Blei, sind Lithium-Ionen-Batterien immer preiswerter geworden. Aus diesen Gründen sind sie die bevorzugte Variante für die Speicherung von Solarenergie zu Hause.

Sonnen battery (Foto: sonnen GmbH)
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Die Installationsraten für Solarsysteme in Privathaushalten sind in den letzten zehn Jahren drastisch gestiegen. Mit dem Wachstum der Branche wächst auch der kleine, aber wachsende Markt für Solarbatterien. Für Hausbesitzer, die außerhalb des Stromnetzes leben, ist eine Solarbatterie von entscheidender Bedeutung. Aber Solarbatterien sind auch in Häusern üblich, die an unzuverlässige Stromnetze gebunden sind oder in Häusern mit zeitabhängigen Strompreisen, wobei Ersparnisse maximiert werden können.

Verbrauchsstruktur von Lithium: Großteil geht in Batterieherstellung

Lithium-Ionen-Batterien besitzen mehrere Vorteile gegenüber anderen Batterietypen. Sie können tiefer entladen werden und haben eine höhere Energiedichte als Bleibatterien. Und obwohl sie immer noch teurer sind als ihre Pendants aus Blei, sind Lithium-Ionen-Batterien immer preiswerter geworden. Aus diesen Gründen sind sie die bevorzugte Variante für die Speicherung von Solarenergie zu Hause. Große Hersteller wie Tesla und LG Energy produzieren Lithium-Ionen-Solarbatterien. Insgesamt wurde für die Herstellung der Batterien 35 Prozent des gesamten Lithiumverbrauchs im Jahr 2015 verbraucht. Im Jahr 2007 lag dieser Anteil noch bei unter 20 Prozent (vergleiche Abbildung 1).

Anteil des Lithiumverbrauchs nach technologischen Anwendungen

Abbildung 1: Anteil des Lithiumverbrauchs nach technologischen Anwendungen, Quelle: Energy Brainpool

Doch Lithium-Ionen-Batterien werden nicht nur in Solar-Batteriesystemen eingesetzt. Sie werden auch in Mobiltelefonen, schnurlosen Elektrowerkzeugen, Laptops und anderen High-Tech-Geräten verwendet. Größter Abnehmer ist die Elektrofahrzeugindustrie, die in den Jahren 2015 und 2016 rund 64 Prozent aller Lithium-Ionen-Batterien verbraucht hat, wie Abbildung 2 zeigt (Quelle: Seekingalpha).

Anteil verschiedener Technologien am Verbrauch von Lithium-Ionen-Batterien

Abbildung 2: Anteil verschiedener Technologien am Verbrauch von Lithium-Ionen-Batterien, Quelle: Energy Brainpool

Jede dieser Anwendungen hat sich in den letzten Jahrzehnten immer mehr durchgesetzt, sodass die Nachfrage nach Lithium entsprechend stark zugenommen hat.

Und die Nachfrage, getrieben von der Automobilindustrie, zeigt keine Anzeichen einer Verlangsamung. Ford und GM kündigten letztes Jahr an, dass sie ihr Angebot an Elektrofahrzeugen drastisch erweitern werden. Etwa mit neuen Modellen deren Produktion in diesem Jahr starten soll, sowie mit bis zu 20 verschiedenen Elektrofahrzeugreihen bis 2023. Wenn Tesla’s Gigafactory 1 in Nevada die volle Produktionskapazität erreicht hat, wird das Unternehmen zusätzlich zu den Batterien, die in der Powerwall installiert sind, Batterien für 500.000 Autos pro Jahr produzieren können.

So hat der Wettlauf um Lithium Analysten beunruhigt, dass das Produktionsniveau nicht Schritt halten kann. Der Verbrauch von Lithium-Ionen-Batterien stieg zwischen 2010 und 2014 um 73 Prozent, während die Produktion nur um 28 Prozent zunahm. Und die Anzahl der “Mega-Fabriken” mit mehr als einer Gigawattstunde Batterie-Produktionskapazität pro Jahr ist von nur einigen wenigen im Jahr 2014 auf heute über 20 gestiegen. Viele Analysten gehen daher davon aus, dass sich der Lithiumbedarf bis 2030 verdoppeln oder verdreifachen könnte.

Kein Risiko des gesamten Ressourcenangebots, sondern Verfügbarkeit für die Nachfrage

Das Risiko, dass Lithiumvorräte in irgendeinem absoluten Sinne knapp werden, ist gering; im nächsten Jahrzehnt werden wahrscheinlich weniger als ein Prozent der weltweiten Lithiumreserven aufgebraucht sein. Die reale Gefahr besteht darin, dass Lithium nicht schnell genug gewonnen und zur Verfügung gestellt wird, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden.

Es gibt zwei Quellen für Lithium: Sole und Mineralienvorkommen. Sole wird durch einen langen, energieintensiven und kostspieligen Prozess gewonnen, der unter dem Begriff Soleabbau bekannt ist. Die Förderung von Lithium aus Minen ist einfacher, aber der größte Teil des weltweiten Lithiums befindet sich in Solebecken in Südamerika. Rund die Hälfte der im Jahr 2016 produzierten 35.000 Tonnen stammt aus Solebetrieben in Chile und Argentinien. Es gibt nur wenige Quellen für Lithium in den USA. Im Jahr 2013 produzierten die USA 870 Tonnen und importierten im Gegensatz dazu über 2.200 Tonnen. Von dem importierten Lithium stammten 97 Prozent aus Chile und Argentinien.

Starker Preisanstieg für Lithium um 270 Prozent seit 2010

Die Angst vor einer limitierten Verfügbarkeit von Lithium hat den Preis in die Höhe getrieben. Im Jahr 2010 wurde Lithium für 5.180 US-Dollar pro Tonne verkauft. Bis 2012 betrugen die Kosten mehr als 6.000 US-Dollar pro Tonne und Ende 2017 kostete eine Tonne etwa 14.000 US-Dollar – ein Anstieg um 270 Prozent gegenüber dem Niveau von 2010. Abbildung 3 (Quelle: USGS) verdeutlicht diesen starken Preisanstieg.

Preisentwicklung von batteriefähigem Lithiumkarbonat

Abbildung 3: Preisentwicklung von batteriefähigem Lithiumkarbonat, Quelle: Energy Brainpool

Unsicherheit über tatsächliche Mengen an Lithium

Ein weiteres Problem ist, dass Forscher offenbar nicht genau wissen, wie viel Lithium wirklich vorhanden ist.  Fünf verschiedene Schätzungen der weltweiten Lithium-Reserven, die zwischen 2008 und 2010 gemacht wurden, ergaben fünf sehr unterschiedliche Zahlen. Die niedrigste Schätzung lag bei 3,9 Mio. Tonnen, die höchste war 10-mal so hoch. Um der steigenden Nachfrage nach mehr Lithium gerecht zu werden, haben sich die Lithium-Bergbauunternehmen verpflichtet, 20 neue Produktionsstätten zusätzlich zu den derzeit 16 in Betrieb befindlichen zu eröffnen. Die erste davon soll im nächsten Jahr eröffnet werden.

Unter dem Strich, so das Argonne National Laboratory, “werden die verfügbaren Materialien in absehbarer Zeit nicht erschöpft sein”. …. Die bekannten Lithium-Reserven könnten die Weltnachfrage bis 2050 decken.”

Während Geräte, die Lithium enthalten, recycelt werden können, gibt es keine Recycling-Technologie, die Lithium in reiner Form für den Einsatz in neuen Lithium-Ionen-Batterien liefern kann. Künftig werden die Lithium verbrauchenden Industrien zusammenarbeiten müssen, um Recyclingprozesse und -infrastrukturen zu entwickeln. Damit könnten Lithium und andere wertvolle Materialien, die in Lithium-Ionen-Batterien enthalten sind, besser zurückgewonnen werden.

Wie sieht es mit seltenen Metallen aus?

Das größere Problem ist die wachsende Nachfrage nach wirklich seltenen Metallen und Rohstoffen wie Kobalt und Graphit. Die südkoreanischen Multis Samsung und LG Chem haben Batterien entwickelt, die mehr Nickel und weniger Kobalt verbrauchen. Besonders problematisch ist Kobalt, da das Metall oft in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut wird, wo Sklaven- und Kinderarbeit weit verbreitet sind und die politische Situation instabil ist. Die Sicherung ethischer, erschwinglicher Kobaltquellen und anderer Materialien, die für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erforderlich sind, wird eine größere Herausforderung darstellen.

 

Autor Gastbeitrag: Kyle Pennell war Content Manager bei PowerScout. Das Unternehmen nutzt führende Datenanalyse und Softwaretechnologie, um Verbrauchern einen Marktplatz zur Verfügung zu stellen, auf dem sie geeignete Smart Home Projekte für ihr Zuhause identifizieren und die besten Auftragnehmer für die Ausführung finden können. PowerScout ist in den USA tätig.