Als hätte es die eindringliche Warnung vor der Ausbeutung der Rohstoffreserven in Meadows Buch „Grenzen des Wachstums“ von 1969 nie gegeben, führt die durch die Umweltbewegung erzwungene Energiewende zu einer gnadenlosen Ressourcenverschwendung und die Rohstoffförderung zu dramatischen Umweltschäden.
„Stellen Sie sich vor“, schreibt Vince Ebert in seinem Buch „Lichtblick statt Blackout“, „heute würden in Deutschland nicht 47 Millionen Verbrenner, sondern 47 Millionen Elektroautos herumfahren. Es gäbe überall Ladestationen und die Batterieproduktionsfirmen wären das wirtschaftliche Rückgrat unserer Wirtschaft. Ich bin mir ziemlich sicher, dass die heutige Umweltbewegung die Ressourcenverschwendung anprangern würde: Die Produktion dieser Akkus ist (wegen Rohstoff- und Energiebedarf) eine Katastrophe. Der irrsinnige Stromverbrauch durch das permanente Aufladen ist nicht nachhaltig. Und überhaupt: Was ist mit dem ganzen Batterie-Müllberg, der Jahr für Jahr anwächst? So kann es nicht weitergehen…“
Diese Überlegung führt zu der zwar rhetorischen aber berechtigten Frage, wie umweltfreundlich ein anscheinend ökologisches Produkt immer noch ist, sobald es von einem Nischen- zu einem Massenprodukt wird. Statt dieser Frage soll allerdings nachfolgend der künftige Rohstoffbedarf betrachtet werden.
Die angestrebten kohlenstoffarmen Technologien zur Stromerzeugung und -speicherung basieren derzeit auf einer Handvoll Schlüsselmetallen, von denen einige bisher wenig genutzt wurden. Dies wirft die Frage auf, ob genügend dieser Materialien abgebaut werden können, um eine großflächige Einführung zu gewährleisten. Zu befürchten ist auch, dass Engpässe auftreten könnten, wenn die Metallproduktion steigt, um die Nachfrage zu decken, oder dass die Umweltauswirkungen des Bergbaus die Kohlenstoffeinsparungen an anderer Stelle untergraben könnten.
In seinem 2016 erschienenen Buch „The Elements of Power“ schreibt David S. Abraham:
“Heute verwenden Unternehmen Elemente, die Wissenschaftler vor Jahrzehnten als bloße Verunreinigungen abgetan haben … Wir erleben jetzt eine grundlegende Verschiebung unseres Ressourcenbedarfs. Zu keinem Zeitpunkt in der Menschheitsgeschichte haben wir mehr Elemente, in mehr Kombinationen und in immer raffinierteren Mengen verwendet. Unser Einfallsreichtum wird bald unsere Materiallieferungen übertreffen.”
Die Weltbank berichtet, dass „die gesamte Literatur, die die Auswirkungen von Material und Metallen auf die Bereitstellung sauberer Technologien untersucht, darin übereinstimmt, dass der Bau dieser Technologien zu einer erheblich materialintensiveren Nachfrage führen wird als herkömmliche Mechanismen für fossile Brennstoffe.”
Dem CarbonBrief [1] ist zu entnehmen, ein separater Bericht des UN-Umweltprogramms (UNEP) aus dem Jahr 2017 [2]käme zu einem ähnlichen Ergebnis: Kohlenstoffarme Technologien würden bis 2050 in einem 2C-Szenario über 600 Millionen Tonnen (Mt) mehr Metallressourcen benötigen, verglichen mit einem 6C-Szenario, in dem die Nutzung fossiler Brennstoffe auf ihrem derzeitigen Weg fortgesetzt wird. Das 2C-Szenario würde jedoch mehr als 200 Milliarden Kubikmeter Wasser pro Jahr einsparen und insgesamt fast 150.000 Quadratkilometer weniger Land verbrauchen.
Es sei unmöglich, den Einsatz künftiger Technologien – und damit der Metalle – festzulegen, die in den nächsten 30 Jahren verwendet werden. Einige Analysten haben jedoch davor gewarnt, dass es zu einem Mangel an Lithium und Kobalt kommen könnte, da die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien in der Energiespeicherung und in Elektrofahrzeugen zunimmt.
Um welche wesentlichen Metalle geht es und wie ist deren Verfügbarkeit?
Die US Geological Society (USGS) hat die Verfügbarkeit von mehr als 100 Mineralien und Metallen betrachtet, darunter viele der Metalle, die für kohlenstoffarme Technologien von entscheidender Bedeutung sind [3]:
Kobalt, das hauptsächlich als Nebenprodukt des Kupfer- und Nickelabbaus entsteht, ist ein wesentlicher Bestandteil der Kathode in Lithium-Ionen-Batterien. Es hat auch vielfältige Anwendungen in anderen industriellen und militärischen Anwendungen.
Die USGS schätzt die Kobaltproduktion im Jahr 2017 auf 110.000 Tonnen (kt) mit Reserven von 7.100 kt. Dies bedeutet, dass die Stromförderung 65 Jahre lang unter Verwendung der aktuellen Reserven fortgesetzt werden könnte. Der Kobaltverbrauch der Batterieindustrie lag 2016 bei rund 48 kt, etwas mehr als die Hälfte der insgesamt 94 kt, die für alle Produkte verbraucht wurden.
Es wird erwartet, dass dieser Verbrauch in den kommenden Jahren steigen wird. Der Metalllieferant Darton Commodities erwartet, dass die Nachfrage nach Batterien bis 2020 74 kt pro Jahr erreichen wird. Das Beratungsunternehmen Wood Mackenzie prognostiziert bis 2022 ein Wachstum von 98 Kt pro Jahr. In ähnlicher Weise sagte Caspar Rawles, ein Marktanalyst bei Benchmark Minerals Intelligence, dass sein Unternehmen davon ausgeht, dass es sich bis 2025 auf 127kt pro Jahr mehr als verdoppeln wird. Dies würde bedeuten, dass die Kobaltnachfrage allein aus Batterien die aktuelle Produktion übersteigen würde.
Untersuchungen des Rohstoffanalysten CRU für Glencore, den weltweit größten Kobaltproduzenten, haben ergeben, dass die Erreichung des Ziels des Ministers für saubere Energie, bis 2030 30 Millionen Elektrofahrzeuge zu verkaufen, bis 2030 314 kt Kobalt pro Jahr erfordern würde – mehr als das Dreifache der Nachfrage von 2017 für alle Anwendungen. Bei diesem Tempo würden die aktuellen Reserven 23 Jahre reichen.
Es ist jedoch zu beachten, dass Reserven nur eine funktionierende Bestandsaufnahme darüber sind, wie viel von einem Mineral derzeit als wirtschaftlich förderbar angesehen wird. Die Welt verfügt über 25.000 kt identifizierte terrestrische Kobaltressourcen, mehr als das Dreifache der aktuellen Reserven. Einige davon könnten wirtschaftlich werden, wenn die Nachfrage steigt. Sie expandieren auch schnell und haben sich in den letzten fünf Jahren von 15.000 kt im Jahr 2012 fast verdoppelt. Die Aussicht auf den Tiefseeabbau von Kobalt könnte Berichten zufolge über 120.000 kt mehr eröffnen.
Lithium ist ein entscheidender Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien. Diese werden in allen Bereichen verwendet, von Smartphones bis hin zu Elektrofahrzeugen (EVs), die heute ihr größter Verbraucher sind. Die Lithium-Ionen-Batterie ist die Batterie der Wahl für die meisten Automobilhersteller.
Für Lithium wurden 2017 laut USGS [3] rund 43 kt mit 16.000 kt Reserven produziert. Dies bedeutet, dass die Förderung in ihrer derzeitigen Geschwindigkeit 372 Jahre lang mit aktuellen Reserven fortgesetzt werden könnte.
Es wird jedoch erwartet, dass die Nachfrage nach Lithium aufgrund seiner Verwendung in Batterien schnell steigen wird. Die Deutsche Bank geht davon aus, dass Elektrofahrzeuge, Elektrofahrräder und Energiespeicher im Jahr 2025 zusammen 58% der Lithiumnachfrage ausmachen werden, gegenüber 15% im Jahr 2015. Goldman Sachs erwartet, dass sich die Gesamtnachfrage bis 2025 vervierfachen wird.
Die Nachfrage nach Lithium ist relativ neu, ebenso wie große Explorationen, und die Produktion ist in den letzten 10 Jahren um 70% gestiegen. Die Reserven steigen ebenfalls von 4.100 kt im Jahr 2007 auf 16.000 kt im Jahr 2017. Auch die identifizierten Ressourcen sind von rund 14.000 kt im Jahr 2007 auf 53.000 kt im Jahr 2017 gestiegen.
Nickel wird für Batterien benötigt und wird voraussichtlich einen immer größeren Anteil zukünftiger Batterien ausmachen. Nickel ist anderswo bereits weit verbreitet, insbesondere in der Edelstahlproduktion, und die Minen sind auf viele verschiedene Länder verteilt, was bedeutet, dass es weniger Bedenken hinsichtlich seiner Versorgung gibt.
Auch die Nachfrage nach Nickel in Batterien dürfte in den kommenden Jahren boomen. USGS-Daten zeigen, dass im vergangenen Jahr 2.100 kt produziert wurden, mit 74.000 kt Reserven. Die Gewinnung der aktuellen Reserven könnte in diesem Tempo etwa 35 Jahre und für alle bekannten Landressourcen etwa 70 Jahre andauern, obwohl weitere Nickelressourcen am Meeresboden gefunden werden.
Während es weniger Bedenken über Nickelengpässe als für Lithium oder Kobalt gab, hat Wood Mackenzie davor gewarnt, dass die Beschaffung von Nickel für die EV-Technologie eine Herausforderung sein wird, da die meisten neuen Lieferungen, die bis 2025 in Betrieb genommen werden, Nickelarten sein werden, die für den Einsatz in Batterien ungeeignet sind.
Kupfer wird als Leiter für Windkraft sowie für allgemeine Verkabelungen und Motoren verwendet. Sowohl Kupfer als auch Mangan gehören zu den am häufigsten geförderten Metallen der Welt.
Kupfer wird inzwischen bereits in großen Mengen produziert. Die USGS [3] berichtet, dass im vergangenen Jahr rund 20.000 kt produziert wurden, verteilt auf mehrere Länder. Die derzeitigen Reserven würden bei dieser Förderrate 40 Jahre reichen, obwohl die Ressourcen weitaus größer sind. Kohlenstoffarme Technologien werden wahrscheinlich nicht der einzige „Run“ auf Kupfer sein, obwohl Elektrofahrzeuge und Windkraft im Vergleich zu Smartphones große Mengen des Metalls verbrauchen. Ein kürzlich veröffentlichtes Papier ergab, dass sich die gesamte Kupfernachfrage bis 2050 voraussichtlich vervierfachen wird.
Seltenerdelemente (REEs) sind eine Gruppe von 17 chemisch ähnlichen Metallen. Jedes hat einzigartige Eigenschaften, die sie zu wichtigen Komponenten für eine Reihe von Technologien machen, von energiesparender Beleuchtung und Katalysatoren bis hin zu Magneten, die in Windkraftanlagen, Elektrofahrzeugen und Computerfestplatten verwendet werden. Neodym und Praseodym, die in den Magneten von Elektromotoren verwendet werden, waren in letzter Zeit aufgrund steigender Nachfrage und Preise besonders in den Nachrichten.
Berichte sowohl des US-Energieministeriums als auch der Europäischen Union haben REEs, Kobalt und einige andere als kritische Materialien bezeichnet, basierend auf ihrer Bedeutung für saubere Energie, hohem Versorgungsrisiko und Mangel an Ersatzstoffen.
REEs wie Neodym sind in der Erdkruste relativ häufig, aber schwer in Konzentrationen zu finden, die sie wirtschaftlich für den Abbau machen. Die Extraktion, bei der mehrere verschiedene Metalle aus einer einzigen Lagerstätte getrennt werden müssen, ist schwierig und teuer.
Rund 130 kt Seltenerdoxid (REO) wurden 2017 produziert, sagt der USGS. Die Reserven lagen bei 120.000 kt oder 923 Jahren Stromversorgung. Der USGS gab keine Schätzung für Ressourcen ab, obwohl andere Untersuchungen darauf hindeuten, dass diese schnell steigen. Bedenken hinsichtlich des Angebots an REEs beziehen sich eher auf die Konzentration der Produktion in China als auf die tatsächliche Knappheit. Es wird jedoch angenommen, dass die Ressourcen weit verbreitet sind, auch in Europa, wo die meisten REEs zuerst entdeckt wurden.
Der Bericht der Weltbank weist darauf hin, dass technologieinterne Entscheidungen, wie die Wahl zwischen Onshore- und Offshore-Wind oder zwischen verschiedenen Arten von Solar-PV, die Metallnachfrage ebenso beeinflussen könnten wie der Umfang der Erzeugung.
Die Nachfrage nach Neodym zum Beispiel wird stark davon abhängen, ob sich direkt angetriebene Windkraftanlagen oder Getriebemodelle durchsetzen.
Die Direktantriebstechnologie, die im Allgemeinen für Offshore-Wind verwendet wird, verwendet Neodym in seinen Permanentmagneten. Die Getriebetechnik, die weitgehend für die Onshore-Turbinen verwendet wird, die derzeit den Großteil der installierten Windkraft ausmachen, verwendet keine Permanentmagnete. Die Nachfrage nach Neodym aus Wind wird daher stark davon abhängen, welche dieser Technologien sich in welchem Umfang durchsetzt.
Die folgende Karte zeigt den Standort der aktuellen Produktion und die Reserven von drei Schlüsselmetallen, die für diesen Übergang benötigt werden: Kobalt, Lithium und REEs. Die Ressourcen für jeden sind wesentlich größer, wie oben erwähnt.
Produktion und Reserven für drei Schlüsselmetalle in der kohlenstoffarmen Technologie: Kobalt, Lithium und Seltene Erden (REEs). *Lithiumproduktionsdaten für die USA wurden vom USGS zurückgehalten, da nur ein Unternehmen das Metall 2017 in den USA produzierte. **Für Thailands Seltenerdreserven liegen keine Daten vor. Quelle: USGS Mineral Commodity Summaries 2018 [3].
Wie die beiden Top-Karten zeigen, dominiert die Demokratische Republik Kongo (DRK) die aktuelle Kobaltproduktion. Es lieferte 2017 mehr als die Hälfte (58%) der Gesamtproduktion und verfügt auch über die Hälfte der weltweit bekannten terrestrischen Reserven. Russland, Australien und Kanada produzieren ebenfalls Kobalt, obwohl jeder weniger als 10% des weltweiten Angebots ausmacht. Australien verfügt auch über bedeutende Reserven.
Zu den Ländern mit einem Anteil der weltweit 25.000 kt terrestrischen Kobaltressourcen gehören die Demokratische Republik Kongo, Sambia, Australien, Kuba, Kanada, Russland und die USA. Die US-Ressourcen werden auf 1.000 kt geschätzt, das Neunfache der Weltproduktion im Jahr 2017, obwohl die meisten derzeit nicht wirtschaftlich förderbar sind.
Lithium kommt in kleinen Mengen in der gesamten Erdkruste und im Meerwasser vor, wird aber durch den Abbau von Hartgesteinsmineralvorkommen oder die Gewinnung von Lithiumsalzen hergestellt, wo sie in ausreichend hohen Konzentrationen in Sole vorkommen.
Wie die mittleren Karten oben zeigen, sind Australien und Chile die wichtigsten aktuellen Lieferanten von Lithium. Lithiumreserven sind etwas weiter verbreitet als Kobalt, die größten befinden sich in Chile, China und Australien.
Das sogenannte “Lithium-Dreieck” Chile, Argentinien und Bolivien verfügt zusammen über die Hälfte der weltweit identifizierten 53.000 kt-Lithiumressourcen, obwohl Bolivien derzeit über wenig Reserven verfügt. Die USA, die der Weltbank ihre Produktionsdaten vorenthalten, verfügen schätzungsweise über Lithiumressourcen von 6.800 kt, aber begrenzte Reserven.
China ist bei weitem die dominierende Kraft bei REEs und liefert 80% der im vergangenen Jahr produzierten 130 kt, wie die USGS-Zahlen zeigen.
China verfügt über rund 44.000 kt Reserven an Seltenen Erden, etwa ein Drittel der derzeit bekannten Reserven. Es dominiert auch in den Verarbeitungs- und Lieferketten von REEs. Dies hat einige Forscher dazu veranlasst, politische Entscheidungsträger außerhalb Chinas zu drängen, ihr Angebot durch neuen Bergbau zu diversifizieren, was Jahrzehnte dauern könnte.
Der einzige derzeit große REE-Produzent außerhalb Chinas, Lynas [4], betreibt seine Mount Weld-Mine in Australien. Brasilien, Vietnam und Russland. Sie verfügen alle über bedeutende Reserven. Die USA, die seit dem Insolvenzantrag ihrer einzigen Mine im Jahr 2015 keine REEs mehr produziert haben, verfügen über vergleichsweise geringe Reserven von 1.400 kt. Dies entspricht jedoch immer noch über 10 Jahren aktueller weltweiter Produktion. Und andere Länder könnten China einholen. Erst diese Woche kamen Forscher zu dem Schluss, dass riesige REE-Lagerstätten, die 2013 vor der Küste Japans entdeckt wurden, die globale Nachfrage nach einigen Elementen auf einer “halbunendlichen” Basis decken könnten [1].
[1] CarbonBrief, Technology, „Explainer: These six metals are key to a low-carbon future“, 12.04.2018
[3] https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/mineral-commodity-summaries
[4] https://lynasrareearths.com/Pages/Home.aspx