Lithium: Das weiße Gold, das die EV-Revolution vorantreibt

Jan 16, 2024

Lithium, auch bekannt als „weißes Gold“, war heute noch nie so gefragt – dieses weiche, silberne Metall sorgt dafür, dass Batterien von Elektrofahrzeugen (EV) mehr Energie speichern und länger leben.

Welches Gerät Sie auch immer verwenden, wenn Sie diesen Artikel lesen, es wird höchstwahrscheinlich von einem Lithium-Ionen-Akku betrieben. Und wenn Sie ein Elektroauto fahren, versorgt diese Batterie es auch mit Strom.

Die Nachfrage nach Lithium in Batteriequalität wird in den kommenden Jahren stark zunehmen, da die Sektoren Elektrofahrzeuge und Energiespeicher weiter wachsen. Lithium-Ionen-Batterien sind eine entscheidende Komponente beim Übergang zu einer kohlenstoffarmen Weltwirtschaft.

Und da Elektrofahrzeuge 10 % des gesamten weltweiten Autoabsatzes ausmachen, haben Batteriehersteller Schwierigkeiten, mehr Lithium zu beschaffen.

Wie gelangt Lithium eigentlich von der Erde in Ihr Elektrofahrzeug und wie funktioniert diese Batterie wirklich? Das erfahren Sie in diesem Artikel.

Wir erklären, wie dieses Metall gewonnen wird und wie es zum Antrieb von Elektrogeräten und Elektrofahrzeugen dient. Darüber hinaus erfahren Sie wichtige Fakten und Zahlen zum Lithiummarkt und erfahren, wie bullisch er werden kann.

Aber kommen wir zunächst zum Wesentlichen und beginnen mit dem Metallelement selbst.

Lithium (Li) ist das leichteste aller Metalle und gehört insbesondere zur Gruppe der Elemente, die Alkalimetalle genannt werden. Es ist sehr reaktiv oder möchte ständig Elektronen abgeben. Außerdem hat es die geringste Dichte und kann auf kleinem Raum viel Energie speichern, was es ideal für die Herstellung von Batterien macht.

Aufgrund seines weichen, silbrig-weißen Aussehens wird Lithium als „weißes Gold“ bezeichnet und ist das wichtigste Metall, das bei der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien nicht nur für Elektrofahrzeuge, sondern auch für viele andere Geräte wie Laptops und Mobiltelefone verwendet wird.

Hersteller von Elektrofahrzeugen bevorzugen Lithium-Ionen-Batterien, da diese leicht sind und schnell wieder aufgeladen werden können.

Bei der Verwendung in Batterien und Elektrofahrzeugen gibt es zwei Hauptarten von Lithium: Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid.

Lithiumcarbonat hat ein breites Spektrum an industriellen Anwendungen. Neben der Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge eignet sich Lithiumcarbonat auch zur Herstellung von Bodenbelagsbehandlungen, Zementverdichtern, Klebstoffen und Legierungen. Die Verbindung wird sogar von der Weltgesundheitsorganisation als unverzichtbares Medikament zur Behandlung der bipolaren Störung aufgeführt.

Lithiumcarbonat kann auch in Lithiumhydroxid umgewandelt werden, das bei der Herstellung leistungsfähigerer und langlebigerer Elektrofahrzeugbatterien bevorzugt wird.

Einige der weltweit größten Produzenten des Alkalimetalls stellen beide Arten von Lithium her, während sich kleinere Unternehmen auf die Produktion nur einer Sorte konzentrieren. Wie gewinnen sie dieses Metall und bereiten es für den Antrieb Ihres Elektroautos vor?

Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden, um Lithium aus der Erde zu gewinnen:

In den USA wird der Stoff aus wässrigen, salzigen Solen, sogenannten „Salaren“, gewonnen.

Bisher gibt es im Land nur eine Lithiummine, die oben in Silver Peak in Nevada zu finden ist. Aber bald werden weitere Raffinerieanlagen entstehen, wenn die Nachfrage nach dem Metall steigt.

Tatsächlich hat Tesla den Grundstein für den Bau seiner neuen Lithiumraffinerie in Texas gelegt, der ersten ihrer Art in Nordamerika. Die Fertigstellung wird den führenden Hersteller von Elektrofahrzeugen etwa 1 Milliarde US-Dollar kosten.

Der Großteil der heutigen kommerziellen Lithiumproduktion stammt von Lieferanten, die Lithium aus Salaren gewinnen. Der Großteil dieses Abbaus erfolgt hoch oben in den Anden, im Lithiumdreieck – dort, wo Argentinien, Chile und Bolivien aufeinandertreffen.

Salziges Wasser aus dem Untergrund wird an die Oberfläche und in eine Reihe von Verdunstungsteichen gepumpt. Für einen Zeitraum von bis zu zwei Jahren oder früher verdunstet das Wasser und die Sole verändert ihre Zusammensetzung. Dadurch verändert sich auch die Farbe der Becken in ein helleres Blau.

Anschließend wird der Sole eine Aufschlämmung aus Kalk und Natriumcarbonat zugesetzt, um Verunreinigungen und andere unerwünschte Elemente zu entfernen. Wenn die Lithiumkonzentration hoch genug ist, wird die Sole zur Filterung des Metalls in eine Rückgewinnungsanlage gepumpt.

Sobald die Sole austrocknet, bleibt ein weißes Pulver zurück, das noch weiter gereinigt werden muss. Nachdem das Pulver seine letzte chemische Umwandlung durchlaufen hat, wird es nun zu einem festen Metall, das für den Einsatz in Batterien bereit ist.

Zusammenfassend sind hier die wichtigsten Schritte aufgeführt, die bei der Li-Sole-Extraktion erforderlich sind:

Eine andere Möglichkeit, weißes Gold zu gewinnen, ist der Erz- oder Hartgesteinsabbau.

In hartem Gestein ist mehr Lithium enthalten als in salzigen Solen. Dieser Prozess erfordert jedoch schweres Gerät zum Ausgraben des Elements und ist sehr laut.

Kings Mountain in North Carolina verfügt über einige der hochgradigsten Lithiumvorkommen in Gesteinen. Es lieferte einst den größten Teil des weltweiten Lithiums. Dies hörte jedoch auf, als es in anderen Teilen des Landes billiger war, Lithium aus Sole zu gewinnen.

Unter den vielen Erzen, die Lithium enthalten, wird Spodumen hauptsächlich in der kommerziellen Produktion verwendet.

Nachdem das Erz ausgegraben wurde, wird es zerkleinert und bei hohen Temperaturen (2012 °F oder 1100 °C) geröstet. Anschließend wird es abgekühlt, gemahlen und erneut mit Schwefelsäure bei einer niedrigeren Temperatur – 250 °C – geröstet. Dies ist als Säurelaugung bekannt, bei der Wasserstoff in der Säure durch Lithiumionen ersetzt wird, um Lithium zu erzeugen.

Laut Tesla werden sie in ihrer Raffinerie in Texas eine innovative säurefreie Lithiumverarbeitung einsetzen. Der Prozess wird weniger gefährliche Reagenzien verwenden und verwertbare Nebenprodukte wie Sand und Kalkstein erzeugen.

Ebenso wie bei der auf Sole basierenden Methode wird Kalk verwendet, um das unerwünschte Magnesium aus Spodumen zu entfernen. Dann wird auch Soda verwendet, um aus der gefilterten Lösung Lithiumcarbonat herzustellen.

Auf Australien entfällt der Großteil der weltweiten Lithiumproduktion aus Erz. Kleinere Erzbergbaubetriebe gibt es in Brasilien, Portugal, Afrika und China.

Branchenschätzungen zeigen auch, dass bis 2025 weitere Minen in Nordamerika und Finnland online sein werden. Dies würde mehr Angebot für den wachsenden Markt für die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge bringen.

Wie genau funktioniert nun eine Lithium-Elektrofahrzeugbatterie beim Antrieb von Geräten und Autos?

Eine elektrische Batterie ist ein kompaktes Sandwich aus übereinander gestapelten Metallblechen, Folien und Filmen. Durch die Platzierung von Lithium in diesem Sandwich wird Strom erzeugt.

Jede Batterie ist eine dicht gepackte Ansammlung von Lithium-Ionen-Zellen, normalerweise in Zylinder- oder Beutelform. Jede einzelne Zelle enthält eine positive Elektrode, die Kathode genannt wird, und eine negative Elektrode, die Anode genannt wird.

Kathoden enthalten oft Metalloxide wie Nickel, Mangan, häufig wird auch Kobalt verwendet. Hier finden sich Lithiumatome. Eine Anode besteht üblicherweise aus Graphit, so dass Lithium dazwischen eingefügt oder injiziert werden kann.

Zwischen der Kathode und der Anode befindet sich eine flüssige Lösung, ein sogenannter Elektrolyt. Es ist derjenige, der es Lithium-Ionen ermöglicht, sich zwischen den beiden Elektroden zu bewegen. Mit anderen Worten: Die Zelle funktioniert im Wesentlichen dadurch, dass sie die Lithiumionen und Elektronen hin- und herschiebt.

Aus Sicherheitsgründen befindet sich in der Mitte des Sandwichs außerdem ein poröser Separator. Es verhindert, dass die positive und die negative Elektrode direkt miteinander in Kontakt kommen.

Während des Ladezyklus spaltet der eingeleitete elektrische Strom die Elektronen von den Lithiumatomen in der Kathode ab. Die Lithiumionen strömen über den Elektrolyten zur Anode und vereinigen sich dort wieder mit ihren Elektronen. Währenddessen bewegen sich die Elektronen im Außenkreis zur Anode.

Während des Entladezyklus kehrt sich der Vorgang einfach um. Lithiumatome in der Anode spalten ihre Elektronen beim Durchgang der Ionen durch den Elektrolyten wieder ab. Währenddessen fließen die Elektronen durch den äußeren Stromkreis und versorgen den Motor des Autos oder andere elektronische Geräte mit Strom.

Der Vorgang kann unzählige Male wiederholt werden, was erklärt, warum Lithium-Ionen-Batterien großartig für Elektrofahrzeuge sind. Während die Ladekapazität der Batterie mit der Zeit abnimmt, kann sie zwischen 10 und 20 Jahren halten.

Diese Elektrofahrzeugbatterien können in engen Räumen wie dem Autoboden eine große Energiemenge speichern. Das Elektroauto kann mehrere hundert Meilen, etwa 100 bis 300 Meilen oder 300 km bis 500 km weit fahren. Das ist lang genug, um mit nur einem Ladezyklus unterwegs zu sein.

Es bleibt jedoch noch eine Frage offen: Ist die Lithiumproduktion für Batterien nachhaltig genug, um den Traum der EV-Revolution zu erfüllen? Werfen wir nun einen Blick auf den Markt und wie rosig seine Zukunft aussieht.

Den Marktprognosen zufolge werden Elektrofahrzeuge den Rückstand aufholen50 %des Neuwagenverkaufs in den USA bis 2030.

Bemerkenswert ist, dass der Nobelpreisträger M. Stanley Wittingham, der den Grundstein für die heute verwendeten Batterien für Elektrofahrzeuge legte, einmal feststellte, dass das kritische Metall auch auf lange Sicht wichtig bleiben wird. Er sagte ausdrücklich, dass „es in den nächsten 10 bis 20 Jahren Lithium sein wird.“

Tatsächlich verändert sich der Lithiummarkt rasant. Der Preis einer Lithiumbatterie entfällt40 % der Produktionskosten eines Elektrofahrzeugs. Kein Wunder, dass Hersteller von Elektrofahrzeugen wie Tesla, Ford und BYD auf der Suche nach besseren, kosteneffizienten Optionen sind.

Laut S&P Global sind die US-Importe von Lithium-Ionen-Batterien im ersten Quartal 2023 um fast 10 Prozent gestiegen66 %gegenüber dem Vorjahr und erreichte einen atemberaubenden Wert235.386Tonnen.

Was die Anleger hinsichtlich Lithium noch optimistischer macht, sind diese vier Dinge.

Die Internationale Energieagentur (IEA), die hauptsächlich aus reichen Nationen besteht, verspricht, bis 2050 Netto-Null zu erreichen. Netto-Null bedeutet, die Menge an emittiertem Kohlenstoff durch die gleiche Menge an entferntem oder reduziertem Kohlenstoff auszugleichen.

Um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, verbieten einige Länder den Verkauf neuer, mit fossilen Brennstoffen betriebener Fahrzeuge. Sie heißen offiziell ICE – Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Beispielsweise werden Südkorea und Norwegen mit dem frühesten Verbot im Jahr 2025 beginnen. Andere Länder wie das Vereinigte Königreich, Japan, Indien und die Niederlande werden es im Jahr 2030 tun. Andere wie Kanada und China werden das Verbot von ICE ein weiteres Jahrzehnt später durchsetzen 2040.

Interessanterweise streben die USA an, dass Elektrofahrzeuge mehr als ausmachen werden20 %seines Neuwagenabsatzes bis 2030.

Als Reaktion auf die Verbotspläne der Regierungen beginnen die Automobilhersteller, den Verkauf von Verbrennungsmotorautos bis 2040 einzustellen. Dazu gehören unter anderem große Automobilhersteller wie GM, Mercedes, Ford und BYD.

Um dieses Ziel zu erreichen, müssen Automobilhersteller enorme Ausgaben tätigen510+ Milliarden US-Dollar über die Herstellung von Elektrofahrzeugen und deren Batterien. Bis zum Ende dieses Jahrzehnts werden etwa ⅓ dieser Menge in die Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien und den Kauf ihrer Komponenten fließen.

Noch bemerkenswerter ist, dass sich der deutsche Autohersteller Volkswagen dazu verpflichtet110 Milliarden Dollar zu Elektrofahrzeugen und Batterien (etwa die Hälfte der gesamten Zusagen europäischer Automobilhersteller). Das liegt offensichtlich am Ziel des europäischen Automobilherstellers, im nächsten Jahrzehnt Millionen von Elektrofahrzeugen zu verkaufen.

Um Käufer von Elektrofahrzeugen noch attraktiver zu machen, bieten reiche Nationen mehr Anreize. Besitzer von Elektrofahrzeugen können beispielsweise von bestimmten Steuern befreit sein und sogar Energierückvergütungen erhalten, wenn sie umweltfreundlicher fahren.

Selbst auf dem Höhepunkt der COVID-19-Pandemie steigen die Verkäufe von Elektrofahrzeugen daher immer noch, was auch die Nachfrage nach Lithium ankurbelt. Länder mit Richtlinien für Elektrofahrzeuge sind diejenigen mit hohen Elektrofahrzeugverkäufen, die Rekorde gebrochen haben. Diese Nationen sind China, Großbritannien, die USA, Deutschland, Norwegen, Frankreich und Neuseeland.

Dies ist insbesondere in den USA der Fall, als Bidens Regierung den Inflation Reduction Act unterzeichnete. Der1 Billion Dollar Das historische Recht wird Sektoren und Initiativen unterstützen, die eine kohlenstoffarme Wirtschaft fördern. Nach dem Gesetz können Hersteller von Elektroautos Anspruch auf eine Steuergutschrift für die Herstellung von Elektrofahrzeugen, den Bau neuer Anlagen und die Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien haben.

Das Gesetz bietet auch bis zu22 Milliarden Dollar in Darlehenszuschüssen für neue und bestehende EV-Einrichtungen. Es deckt auch den öffentlichen Nahverkehr und die Regierungsflotte ab3+ Milliarden US-Dollar emissionsfreie Fahrzeuge (ZEV) zu kaufen. All diese Zahlen bedeuten, dass mehr Rohstoffe benötigt werden, zu denen natürlich insbesondere Lithium gehört.

Laut BloombergNEF wird die weltweite Produktionskapazität für Lithiumzellen im Jahr 2025 auf über 1.760 GWh steigen. Und China dominiert weiterhin den Markt mit einem Anteil von 63 %, gefolgt von Europa (15 %) und den USA (9 %).

Globale Lithiumzellenproduktion, 2020 vs. 2025

China produziert auch die meisten Anoden und Kathoden der Welt, die für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien unerlässlich sind. Und bis 2030 prognostiziert die IEA, dass der Großteil der weltweiten Produktionskapazität für Elektrofahrzeugbatterien immer noch aus China stammen wird.

Darüber hinaus machen chinesische Unternehmen mehr als die Hälfte des Marktes für Elektrofahrzeugbatterien aus. Insbesondere die chinesische Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL) ist der weltweit größte Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien. Sie beliefern unter anderem führende Elektrofahrzeughersteller wie Tesla, BMW, Peugeot und Volkswagen mit Lithium-Ionen-Batterien.

Nach Angaben von Bloomberg, vertreten durch Visual Capitalist, sind hier die zehn größten Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien im Jahr 2022.

Während die staatliche Unterstützung in den USA, Europa und Südkorea stark zunimmt, wird China wahrscheinlich der Marktführer für Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge bleiben.

Bisher geht das größte Lithiumunternehmen Albemarle davon aus, dass die Nachfrage nach dem weißen Gold das Angebot übersteigt und von etwa 2 Millionen Tonnen im Jahr 2025 auf fast 4 Millionen Tonnen im Jahr 2030 ansteigt. Der Bergbauriese gab Investitionspläne bekannt1,3 Milliarden US-Dollarin einer Lithiumverarbeitungsanlage in South Carolina im vergangenen März.

Der Silver Peak-Standort des Unternehmens in Nevada ist derzeit der einzige, der in den USA eine Lithiummine betreibt. Es versorgt rundherum6.000 Tonnenein Jahr Lithiumkarbonat, was nur ausmacht1 %des weltweiten Lithiumcarbonatangebots.

Der US Geological Survey berichtete, dass dies in den USA der Fall sei750.000 Tonnenvon gewinnbarem Lithium im Jahr 2021. Dieser Wert wird steigen, wenn neue Lithiumreserven entdeckt und aufgebaut werden.

Wie in der folgenden Grafik zu sehen ist, ist die weltweite Lithiumproduktion um 20 % gestiegen21 %im Jahr 2022 im Vergleich zu 2021 und übertraf damit den höchsten Stand von 2018. Der Preis des weichen Metalls stieg stark an1.078 % ab 2020, bevor es letztes Jahr ein Rekordhoch erreichte.

Laut Elon Musk, CEO von Tesla und SpaceX, war der durchschnittliche Preis für Lithium pro Tonne atemberaubend78.032 $/Tonne im Jahr 2022 . Aber jetzt, da der Preis zurückgegangen ist, scheint es, dass der Markt die Angst vor einem Überangebot überwiegen wird.

Da sich der Großteil der heutigen Lithiumproduktion jedoch an Orten mit hoher Wasserknappheit befindet, bestehen weiterhin Bedenken hinsichtlich der Versorgung. Aber wenn es stimmt, was Musk gesagt hat, dass es keinen Mangel an Lithium gibt, weil es fast überall zu finden ist, wäre die größte Herausforderung, es zu extrahieren und zu raffinieren.

Wenn das alles behoben ist, ist es möglicherweise kein Problem, die steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge zu decken.