Lieferkette

Batterie: Lithium und Kobalt

Ohne Lithium-Ionen-Batterien würden weder Smartphones noch Laptops oder Elektroautos funktionieren.

Abbau von Lithium

Das Leichtmetall Lithium reagiert sehr schnell mit anderen chemischen Elementen in seiner Umgebung. Deshalb kommt es in der Natur nur in Verbindungen vor, zum Beispiel als Lithiumkarbonat oder Lithiumchlorid. Man findet die Verbindungen in Vulkangestein oder in (oft ausgetrockneten) Salzseen. Laut der Deutschen Rohstoff-Agentur (DERA) baut Australien derzeit das meiste Lithium ab – knapp 13.200 Tonnen waren es im Jahr 2015, gefolgt von Chile mit 11.800 und Argentinien mit 3.500 Tonnen. Nach DERA-Angaben lagern die weltweit größten und mit heutigen Methoden abbaubaren Lithiumreserven in den Salzseen Südamerikas: allein 9 Millionen Tonnen in Bolivien und 7,5 Millionen Tonnen in Chile.

Gewinnung von Lithium

Um reines Lithium zu erhalten, muss man die Lithiumverbindungen in einem komplizierten chemischen Prozess bearbeiten. Das Abpumpen von Salzlake, die man anschließend verdunsten lässt, ist dabei noch der einfachste Prozessschritt. Zu den vielen weiteren Schritten gehört auch wieder die „Schmelzfluss-Elektrolyse“, mit der man eben nicht nur reines Aluminium, sondern auch reines Lithium gewinnen kann. Pures Lithium ist allerdings sehr instabil: Es reagiert schon bei wenig Luftfeuchtigkeit mit seiner Umgebung.

Herstellung einer Batterie

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen kleinen Batterien, sogenannten Zellen. In denen wiederum ist Kupfer und Aluminium verbaut – entscheidend ist aber der Pluspol, die „Kathode“. Die besteht aus einer Schicht Lithium-Metalloxid. Wird die Batterie aufgeladen, wandern Lithium-Ionen aus der Kathode zum Minuspol, der „Anode“, die aus Graphit besteht. Wenn das Auto fährt, also Energie verbraucht, wandern die Ionen wieder zurück zum Pluspol. Forscher entwickeln die Batterien ständig weiter, experimentieren mit anderen Materialien und Bauweisen und erhöhen so Stück für Stück die Reichweite und Lebensdauer der Batterien. Ein e-Golf kann heute mit einer Batterieladung schon bis zu 300 Kilometer fahren.

Herausforderung und Lösungsansatz

Herausforderung

Steigende Nachfrage
Smartphones, Laptops, Elektroautos: Sie alle funktionieren derzeit mit Lithium-Ionen-Batterien. Der Bedarf an Lithium wird weiter kräftig steigen, prognostiziert die Deutsche Rohstoff-Agentur (DERA). Allein die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos könnte laut DERA bis 2025 um bis zu 33 Prozent zunehmen – und zwar jedes Jahr. Experten gehen davon aus, dass die weltweiten Reserven für etwa 150 Jahre reichen werden – wenn die Technik sich kaum weiterentwickelt und der Bedarf nach 2025 nicht weiter ansteigt.

Lösung

Mehr abbauen, anders laden, mehr recyceln
Drei Möglichkeiten könnten das Dilemma auflösen:
1) Neue Lagerstätten: Mehr Unternehmen erschließen neue Lagerstätten, zum Beispiel in Bolivien. Der Volkswagen-Konzern ist zum Thema Rohstoffabsicherung im ständigen Austausch mit seinen Partnern.
2) Neue Technologien: Man macht die Akkus effizienter. Forscher des Volkswagen-Konzerns erwarten, dass sich die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus bis zum Jahr 2020 gegenüber heute verdoppeln wird. Und nicht zuletzt erforschen Wissenschaftler immer wieder auch andere Materialien, die ähnlich leitfähig sind, Energie noch besser speichern können und sich wieder aufladen lassen.
3) Recycling: Man recycelt Lithium-Akkus. Der Volkswagen-Konzern erforscht schon seit 2009, wie er mehr und mehr Materialien aus dem Batterierecycling zurückgewinnen und neu verwerten kann. Schon heute werden beispielsweise Nickel oder Kobalt aus Volkswagen-Batterien zurückgewonnen.

Kobalt

Kobalt, ein sprödes, unscheinbares Schwermetall, erweckt Elektrofahrzeuge zum Leben.

Abbau von Kobalt

Das spröde Schwermetall Kobalt wird fast ausschließlich als Nebenprodukt der großindustriellen Nickel- und Kupferproduktion gefördert. Nur bei etwa 2 Prozent der weltweiten Förderung ist Kobalt das Hauptprodukt – dann stammt es meistens aus Madagaskar oder aus dem Kleinbergbau in der Demokratischen Republik Kongo. Mit einem Anteil von rund 60 Prozent an der globalen Förderung ist der Kongo das weltweit wichtigste Abbaugebiet für Kobalt. Dahinter folgen China, Kanada und Australien.

Herstellung von Kathodenmaterial

Ein wichtiges Ausgangsprodukt für die Herstellung von Batteriezellen ist das sogenannte Kathoden-Material. Um Kathoden-Material herzustellen, verbindet man Kobaltsulfat chemisch mit Nickelsulfat und Mangansulfat. Die Qualitätsstandards sind dabei sehr hoch: Je reiner das Kathodenmaterial, desto mehr leistet die Batterie und desto länger hält sie. Das fertige Gemisch wird anschließend bei hohen Temperaturen mit Lithiumcarbonat verbunden und dann an die Hersteller von Batteriezellen weiterverkauft.

Die Hochzeit der Batteriemodule

Die kleinste Einheit einer Batterie ist die Batteriezelle. Zusammengefügt ergeben die Zellen ein Modul. In einer Fabrik in Braunschweig verschaltet Volkswagen die angelieferten einzelnen Batteriemodule und montiert sie zu Fahrzeugbatterien für Elektrofahrzeuge. Die Batterie eines eGolf besteht beispielweise aus 264 Zellen, die in 27 Modulen zu einem Bauteil verbunden werden. Die fertige Batterie wird zusätzlich mit einem sogenannten Managementsystem ausgestattet, das die einzelnen Zellen steuert und überwacht.

Herausforderung und Lösungsansatz

Herausforderung

Prekäre Arbeitsbedingungen im Kleinbergbau
Vom Kobalt-Kleinbergbau leben in den ostkongolesischen Provinzen Haut Katanga und Lualaba über 100.000 Menschen. Für etwa 35 Dollar im Monat holen Kleinbergbauern die Kobalterze aus der Erde. Eine Studie von Amnesty International aus dem Jahr 2016 zeigt auf, dass im Kleinbergbau häufig weder Arbeits- noch Gesundheitsschutzstandards angewendet werden. Somit werden in den ungesicherten Minen Unfälle riskiert und zudem arbeiten in den Minen teilweise auch Kinder.

Lösung

Transparenz, Kooperationen und Engagement
Volkswagen tauscht sich mit seinen Batterielieferanten über ihre Bezugsquellen aus, um die Nachhaltigkeitsanforderungen des Konzerns durchzusetzen. Der Weg vom Abbau des Rohstoffs bis zur fertigen Batterie im Fahrzeug ist allerdings komplex und weltweit verzweigt. Deswegen arbeitet Volkswagen im Rahmen der Responsible Raw Materials Initiative (RRMI) an einem Zertifizierungssystem für Kobaltschmelzen mit, um die Herkunft des Materials für seine Batterien nachweisen zu können und somit auch die Abbaubedingungen zu verbessern. Außerdem ist der Konzern Mitglied der Global Battery Alliance des Weltwirtschaftsforums. Die Allianz aus öffentlichen und privatwirtschaftlichen Partnern will die soziale und ökologische Nachhaltigkeit in der Wertschöpfungskette von Batterierohstoffen sicherstellen – nicht nur von Kobalt.

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