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Rohstoff-Dossier: Mangan - Reichtum vom Grund der Weltmeere

Rohstoff-Dossier: Mangan - Reichtum vom Grund der Weltmeere

11.05.2017

Rohstoff Mangan – Reichtum vom Grund der Weltmeere

Der Rohstoff Mangan ist in der Stahlindustrie unverzichtbarer Bestandteil von Legierungen. Künftig soll das Element die Reichweite von Elektroautos massiv steigern. Will sich Deutschland nicht in die Abhängigkeit von China begeben, muss es Mangan aus den Tiefen des Pazifik fördern.

Casper ist im Weg. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven fanden den zehn Zentimeter großen Minikraken, als sie im Ostpazifik vor Hawaii nach Bodenschätzen suchten. Dort brüten der Knirps und seine Artgenossen in 4.000 Metern Tiefe ihre Eier gerade auf den Manganknollen aus, die die Meereswissenschaftler dort zu finden hofften.

Tiefseekrake Casper Manganknollen

Foto: AWI

Mangan ist neben Eisenerz der wichtigste Rohstoff für die Stahlerzeugung. Während des Schmelzprozesses entzieht das silbrig-weiße, spröde Metall dem Eisenerz Schwefel und Sauerstoff. So entstehen extrem harte Stähle, die unter anderem in der Waffenindustrie sowie bei der Herstellung von Schneid- und Mahlwerkzeugen oder Tresoren zum Einsatz kommen. Für die Produktion einer Tonne Stahl brauchen Stahlkocher dabei sieben Kilogramm des Elements. So verbrauchen sie bis zu 95 Prozent der weltweiten Jahresproduktion von gut 18 Millionen Tonnen Mangan. Ersetzen können die Stahlkocher das Element nicht. Mangan ist deshalb das Metall, das die Industrie nach Eisen, Aluminium und Kupfer am vierthäufigsten einsetzt.

Hoffnungsträger für größere Reichweiten in der Elektromobilität

Künftig könnte das Metall sogar noch begehrter werden. Denn Akkus, in denen Mangan Hauptbestandteil der Kathode ist, könnten künftig die heute gebräuchlichen Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos und als Speicher für aus erneuerbaren Energien gewonnenen Strom ersetzen. Da Hersteller dabei auf teures Kobalt als Material für die Kathode weitgehend verzichten können, können sie Akkus herstellen, die nicht viel mehr kosten wie herkömmliche Bleisäure-Batterien. Gleichzeitig bieten Akkus auf Manganbasis aber eine höhere Energiedichte und damit größere Reichweite als Lithium-Ionen-Batterien, lassen sich in wenigen Minuten aufladen und verfügen nach über 50.000 Ladezyklen noch immer 92 Prozent ihrer anfänglichen Speicherfähigkeit haben. BMW verwendet in seinem Elektrokleinwagen i3 deshalb bereits Nickel-Kobalt-Mangan-Zellen. Der südkoreanische Elektronikkonzern LG beliefert Nissan, Chevrolet und künftig Opel mit der Technologie. Auch Elektroautopionier Tesla könnte auf Nickel-Kobalt-Mangan-Zellen setzen, da der Kobalt-Nachschub für sein Batterienwerk in Nevada schwierig ist.

Darüberhinaus kommt Mangan auch als Bestandteil von Bronzelegierungen zum Einsatz. Da Manganbronze in Salzwasser nicht korrodiert, benötigen Werften die Legierung zur Produktion von Schiffsschrauben. Kleinere Mengen Mangan verarbeitet die chemische und pharmazeutische Industrie zudem zu Düngern, Färbe- sowie Desinfektionsmitteln.

Zunehmende Vorherrschaft Chinas auf dem Mangan-Markt

Grundsätzlich bräuchten Einkäufer, die Mangan benötigen, zwar keine Lieferengpässe zu befürchten. Immerhin ist es das Element, das auf der Erde am zwölfhäufigsten vorkommt.

Allerdings konzentriert sich sowohl das Angebot an Manganerz wie an der wichtigsten manganhaltigen Legierung, Ferromangan, zunehmend auf immer weniger Länder und Unternehmen. Dabei baut vor allem China seine Marktanteile aus. Kamen vor zehn Jahren erst 15,9 Prozent des weltweit abgebauten Mangans aus der Volksrepublik – und damit weniger als aus Südafrika und Australien – so hat sich das Reich der Mitte inzwischen in die Poleposition vorgeschoben. Angaben der Deutschen Rohstoffagentur zufolge ist China heute mit einem Anteil von 26,2 Prozent am weltweiten Abbau die wichtigste manganfördernde Nation vor Südafrika mit 26 Prozent und Australien mit 13,7 Prozent. Zusammen mit Gabun und Brasilien fördern diese drei Länder 76 Prozent des weltweiten Manganangebots.

Etwas weniger dicht fällt die Konzentration bei den größten manganfördernden Bergbauunternehmen aus. Doch auch hier kontrollieren mit der australischen BHP Billiton Group, der französischen Eramet-Gruppe und Consolidated Minerals Ltd. aus Großbritannien die drei größten Unternehmen etwa ein Viertel des globalen Manganabbaus.

Tiefseebergbau könnte 40 Milliarden Tonnen Mangan fördern

Manganknollen aus der Tiefsee

Manganknollen aus der Tiefsee, Quelle: BGR

Will sich die Bundesrepublik aus der Abhängigkeit dieses Oligopols befreien und das Risiko für die Lieferketten deutscher Unternehmen reduzieren, muss sie die Schätze an Mangan heben, die in den Tiefen der Weltmeere lagern. Dort liegen  Berechnungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zufolge rund 40 Milliarden Tonnen Mangan in Form kartoffelgroßer Knollen, die neben 30 Prozent Mangan auch knapp drei Prozent Kupfer, Nickel und Kobalt sowie geringere Mengen Titan, Molybdän, Lithium und Neodym enthalten.

Zwei Drittel der Bodenschätze finden sich dabei im Pazifik, 23 Prozent im Atlantik und elf Prozent im Indischen Ozean. Besonders dicht nebeneinander liegen die Knollen in der Clarion-Clipperton-Zone zwischen Mexiko und Hawaii, wo sich pro Quadratmeter bis zu 20 Kilogramm Mangan bergen ließen und Knollen mit einem Durchmesser von bis zu 20 Zentimetern gefunden wurden.

Hundert Jahre mit Mangan, Kupfer, und Nickel versorgen

Hier hat die Bundesrepublik von der Internationalen Meeresbodenbehörde der Vereinten Nationen 2006 die Lizenz für die Erforschung eines Gebiets, das mit 75000 Quadratkilometern größer ist als der Freistaat Bayern. In 4.000 bis 6.000 Metern Tiefe haben Geologen der BGR dort über 750 Millionen Tonnen Manganknollen mit einem Gesamtwert von wenigstens neun Milliarden US-Dollar gefunden.

Neben gut 225 Millionen Tonnen Mangan ließen sich aus den Erzballen acht Millionen Tonnen Kupfer, zehn Millionen Tonnen Nickel und 1,2 Millionen Tonnen Kobalt an die Oberfläche extrahieren. Das entspricht dem sechshundertfachen Jahresverbrauch an Kobalt, ist 80 mal so viel Nickel und sechs Mal so viel Kupfer wie die deutsche Wirtschaft in einem Jahr verbraucht.

Noch fehlt die Fördertechnik für Manganknollen

Allerdings lassen sich die ökologischen Folgen des Abbaus in der Tiefsee derzeit noch nicht absehen. Außerdem fehlt es an Fördertechnik, die in bis zu 6.000 Metern Tiefe unter enormem Druck und bei Temperaturen um den Gefrierpunkt über einen langen Zeitraum zuverlässig und wartungsfrei funktioniert. Carsten Rühle, Leiter der Expeditionen auf denen die BGR das deutsche Lizenzgebiet erkundet hat, rechnet deshalb damit, dass die Schätze in der Clarion-Clipperton-Zone erst in fünf bis zehn Jahren gehoben werden können. Bis dahin dürfen Casper und seine Freunde wohl weiterbrüten.

Zusammenfassung Rohstoff Mangan
Beschreibung: · chemisches Element ‚Mn‘ mit der Ordnungszahl 25
· silberweißes, hartes und sehr sprödes Metall
· fast ein Prozent der Erdkruste bestehen aus Mangan. Dabei kommt das Element nur in Verbindung mit anderen Mineralen vor. Lediglich in Meteoriten wurde reines Mangan gefunden
Verwendung: · Legierungsbestandteil bei der Stahlherstellung
· Als Material für Kathoden in Batterien und Akkumulatoren
· Düngemitteln
· Farbstoffen
· In Form von Permanganat bei der Herstellung von Desinfektionsmitteln
Größte Förderländer: · China (26,2%)
· Südafrika (26 %)
· Australien (13,7%)
Größte manganfördernde Unternehmen (mit Anteil an der weltweiten Kobaltförderung) · BHP Billiton Group (9,3%)
· Eramet Gruppe (7,2%)
· Consolidated Minerals Ltd. (6,6%)
Vorhandene Reserven*:  630 Mio. Tonnen
Vorhandene Ressourcen**: 5.990 Mio. Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven: 34 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen: 289 Jahre
Recyclingquote: gering
Substituierbarkeit: In Legierungen ist Mangan nicht substituierbar.
Jahresproduktion von Mangan 2016: 18 Mio. Tonnen.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

 

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen

**Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen

Autor: Gerd Meyring

Bilder: Fokin-Oleg/Shutterstock.com (Teaser)

Autor: Dörte Neitzel

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