Lithium-Ionen-Akkus sind heute nicht nur in aller Munde, sondern vor allem in aller mobilen Technik. Sie haben die herkömmlichen Bleiakkus oder Nickel-Kadmium-Akkus in vielen Bereichen der Technik erfolgreich ersetzt. In der Tat hat diese neue Technologie die Welt der mobilen Geräte durch ihre sehr hohe Energiedichte revolutioniert. Ohne kompakten Kraftprotze wären unsere leistungsfähigen Handys, Kameras, Laptops und Elektroautos nicht denkbar [1,2].
Wie ist eine Lithium-Ion-Zelle aufgebaut?
Ein Lithium-Ion-Akku besteht, kurz gesagt, aus einer Kathode, die durch eine Elektrolytlösung und einen Isolator von der Kathode getrennt ist. Die Funktionsweise ist beispielsweise in einer Broschüre der Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien anschaulich erklärt (
externer Link zur Broschüre).
Bleistiftminen und High-Tech-Akkus
Das Material der Wahl für die negativ geladene Anode ist derzeit
Graphit. Das aus reinem Kohlenstoff bestehende Mineral ist sehr gut leitfähig, weshalb der größte Teil des geförderten Rohstoffs für die Herstellung von Elektroden in Elektrogeräten verwendet wird. Andere Alltagsgegenstände sind beispielsweise Bleistiftminen oder Tennisschläger [1, 2].
95 % der weltweiten Graphitherstellung stammt aus Indien, Kanada, Brasilien, Nordkorea, Rumänien und vor allem China [2]. Die Nachfrage nach dem Rohstoff ist durch den Aufstieg der Lithium-Ion-Akkus so stark gestiegen, dass seit 2012 in Deutschland in Kropfmühl wieder Graphit abgebaut wird [5].
Das leichteste Metall der Welt
Lithium ist Namensgeber der Li-Ion-Akkus und gleichzeitig Bestandteil der positiv geladenen Kathode. 27 % des global geförderten Metalls wird derzeit für die Herstellung von Batterien benötigt – Tendenz steigend [2]. Neben den Salzseen Südamerikas gibt es bedeutende Primärlagerstätten, beispielsweise in West-Australien, wo bereits seit 1888 ein besonders Zinn- und Lithium-reicher
Pegmatit abgebaut wird [4]. Aber die aktuelle Entwicklung hin zur E-Mobilität sorgt nicht auch in Sachsen für ein "Berggeschrey". Untersuchuchungen zufolge schlummern bei Zinnwald/Cinovec im Untergrund 125.000 Tonnen Lithium, die der Deutschen Lithium GmbH und der Bergakademie Freiberg zufolge einen wirtschaftlichen Bergbau für die nächsten 30 Jahre zuließen und momentan für die Gewinnung ab 2020 erschlossen werden [3].
Kobolde im Erzgebirge
Die positive Kathode der Akkus setzt sich aber nicht aus reinem Lithium, sondern aus einer Verbindung von Lithium mit anderen Elementen wie beispielsweise Kobalt zusammen. Der Name Kobalt hat seine Ursprünge übrigens im Erzgebirge: Anstelle des edlen Silbers fanden die Bergleute früherer Zeiten in den tiefen Bereichen der Gänge oft nur Kobalterze, was sie auf das Treiben der Kobolde zurückführten [1].
Von Düsentriebwerken bis Dauermagneten - Kobalt wird als Stahlveredler eingesetzt, um Werkstoffe hitze- und korrosionsbeständiger zu machen. Doch auch für Lithium-Ion-Akkus wird Kobalt für die Kathode verwendet [1, 2].
Sollte der Bedarf an Kobalt in Zukunft weiter steigen, ergeben sich Prognosen zufolge allerdings ernsthafte Versorgungsengpässe. Ein Hauptgrund ist, dass Kobalt eigentlich ein Nebenprodukt bei der Kupfer- und Nickelgewinnung ist und ein Abbau nur auf Kobalt nicht wirtschaftlich ist [1]. Eine Strategie dem Engpass zu entgehen, ist Kobalt zu ersetzen.
Ein bedeutender Teil der Kobaltproduktion entspringt außerdem dem sogenannten "Kupfergürtel" in Sambia und der D.R. Kongo, wo das
Erz unter sehr schlechten Bedingungen für Mensch und Umwelt abgebaut wird [6].
Quellen:
[1] Neukirchen, F., Ries, G. (2014): Die Welt der Rohstoffe – Lagerstätten, Förderung und wirtschaftliche Aspekte. Springer Verlag, Berlin – Heidelberg.
[2] Gieseke GmbH & Co, Themenseite Lithiumakkus. URL: https://www.akku.net/magazin/lithium-ionen-akku-zehn-spannende-fakten-zur-herstellung-des-energiespeichers/, letzter Zugriff am 14.12.2018.
[3] BCS Broadcast Sachsen GmbH & Co. KG, Beitrag zum Bergbau im Erzgebirge, URL: https://www.radioerzgebirge.de/beitrag/lithium-lagerstaette-bei-zinnwald-hat-potential-fuer-30-jahre-bergbau-561402/, letzter Zugriff am 14.12.2018.
[4] Talison Lithium, Themenseite Greenbushes – Projekt, URL: http://www.talisonlithium.com/projects, Letzer Zugriff am 14.12.2018.
[5] Graphit Kropfmühl Besucherbergwerk (gemeinnützige GmbH), URL: https://graphit-bbw.de/, letzter Zugriff am 14.12.2018.
[6] Célestin Banza Lubaba Nkulu et al, Sustainability of artisanal mining of cobalt in DR Congo, Nature Sustainability (2018). DOI: 10.1038/s41893-018-0139-4.
Bildquelle Titelbild: Laden des Akkus, HutchRock auf Pixabay, URL: https://pixabay.com/de/photos/akku-laden-steckdose-aufladen-2815741/, letzter Zugriff: 17.06.2019
