Seltene Erden für E-Autos: So läuft die Suche nach alternativen Rohstoffen

Um die Abhängigkeiten zu reduzieren, suchen Autohersteller, Batteriefirmen und Zulieferer nach Wegen, diese Komponenten in Elektromotoren und Batterien zu recyclen, zu reduzieren und mittelfristig zu ersetzen. Während es bei den E-Maschinen erste sichtbare Erfolge gibt, geht es bei der Akkutechnik langsamer voran.
 
Das Aus des klassischen Verbrennungsmotors bei Neufahrzeugen kommt 2035. Vor allem Europa gibt beim Umstieg auf die Elektromobilität kräftig Gas. Einige Automobilhersteller wollen noch in dieser Dekade ihre Modellpalette auf vollelektrische Fahrzeuge umstellen.

Aktuell sind noch Lithium-Ionen-Batterien das speichertechnische Rückgrat der wachsenden Elektromobilität. Auch wenn der Abbau von Elementen wie Lithium oder Kobalt belastend für die Umwelt ist, gehören beide Metalle nicht zu den sogenannten Seltenen Erden. Dies sind 17 Elemente, darunter Neodym, das für die starken Magneten in den Elektromotoren benötigt wird.

Um nicht in eine möglicherweise fatale Abhängigkeit zu geraten, kämpfen die Automobilhersteller an verschiedenen Technologiefronten. Die immer noch angespannte Situation bei den Lieferketten hat auch den letzten Optimisten in den Konzernzentralen zwischen Wolfsburg und Stuttgart überzeugt, dass man sein Schicksal in die eigenen Hände nehmen und die Versorgung für genug Vorrat umstellen muss (so bauen die großen Hersteller ihre E-Auto-Akkus).

Der ersten Erfolge sind bereits errungen. Bei BMW kommen die neuen Elektromotoren ohne Seltene Erden aus (so wollen BMW und Mercedes schnell nachhaltig werden). Andere Hersteller wie VW und Renault tüfteln ebenfalls an E-Maschinen, die keine chemischen Elemente wie eben Neodym, aber auch kein Dysprosium und Terbium benötigen.

Auch Tesla treibt die Furcht um, von der Produktionshölle in ein Rohstoff-Dilemma zu rutschen. Deswegen könnten die Amerikaner bei der nächsten Antriebsgeneration auf Elektromotoren auf Ferrit-Basis setzen.

Ein anderer Weg, die Knappheit besonders begehrter Rohstoffe zu reduzieren, ist das Recycling von Batterien und Elektromotoren. Die deutschen Recyclingspezialisten Duesenfeld haben ein Verfahren entwickelt, bei dem auf Batteriezellebene (ohne Batteriegehäuse und Befestigungssysteme) eine Wiederverwertungsquote von 91 Prozent erreicht wird.
 
Die globale Suche nach neuen Lithiumquellen hat etwas Panisches, verläuft aber aussichtsreich. “Die Bohrprogramme zur Erweiterung der bestehenden Ressourcenschätzungen bei unseren Projekten Laguna Verde und Francisco Basin laufen, wobei Llamara zusätzliches Explorationspotenzial bietet", sagt Aldo Boitano, CEO des Forschungs- und Entwicklungsunternehmens CleanTech Lithium. "Uns ist kein anderes Explorationsunternehmen im Lithiumsektor bekannt, das Ressourcenbohrprogramme bei drei Projekten gleichzeitig durchgeführt hat, was die Qualität unseres Teams in Chile weiter unterstreicht", so Boitano.

Dennoch ist der Kampf um diesen Rohstoff längst entbrannt. Der Preis des für die aktuellen Akkus dringend benötigen Alkalimetalls klettert ständig weiter und hat Ende letzten Jahres einen Höhepunkt erreicht. Damit wird die Spirale nicht enden, zumal Lithium ja nicht nur für Autobatterien benötigt wird und die Zahl der Elektromobile stark ansteigt. Bei Kobalt droht eine ähnliche Entwicklung. Zudem ist die soziale und ökologische Komponente des Abbaus bei beiden Rohstoffen ein echtes Problem.

Mercedes nutzt einen Lithium-Polymer-Akku bereits beim Bus eCitaro.

Bild: Daimler AG

Die logische Konsequenz ist, nach Alternativen zu suchen, was natürlich schon seit einiger Zeit passiert. In ein paar Jahren sollen die ersten Pkw mit Feststoffbatterien auf den Markt kommen, die mehr Reichweite und deutlich schnelleres Laden versprechen. Mercedes nutzt einen Lithium-Polymer-Akku bereits beim Bus eCitaro. Durch das feste Elektrolyt kann man die Anode anders gestalten, allerdings eignet sich auch hier Lithium. Allerdings wird schon an Alternativen, Feststoffbatterien mit Oxid- oder Sulfid-Elektrolyten geforscht.
 
Auch wenn der Pfad weg vom Lithium schon vorgezeichnet ist, ganz ohne diesen Rohstoff wird es mittelfristig wohl nicht gehen. Allerdings geht die Menge in den Akkus zurück.

Eine dieser Weiterentwicklungen sind die SALD-Akkus ("Spatial Atom Layer Deposition" = Räumliche Atomlagenbeschichtung), die die größere Kapazität und schneller Ladeleistung versprechen. Die Batterien haben den Namen vom Herstellungsverfahren, bei dem eine extrem dünne Atombeschichtung um die Zellen den Ionenfluss zwischen Anode und Kathode verbessert.

Der chinesische Akkuhersteller CATL treibt die Entwicklung der Natium-Ionen-Akkus ohne Lithium entscheidend voran.

Bild: CATL

Ein Batteriekonzept, das komplett ohne Lithium (die Kathode besteht aus Natrium) auskommt, sind Natrium-Ionen Akkus. Der Verzicht auf Lithium wird allerdings mit einer Reduzierung der Reichweite bezahlt. Der chinesische Akkuhersteller CATL treibt die Forschung voran und hat bereits einen JAC Sehol E10X-Kleinwagen mit diesen schnell aufladbaren Batterien bestückt.

Das zeigt, dass die Serienreife vor der Tür steht, ändert aber nichts an der Tatsache, dass die ersten Schritte weg vom Lithium noch mit diesem Rohstoff gemacht werden.