Lithium: Wie teuer ist der Rohstoff und woher bekommen wir ihn?

Wie die Finger einer grünen Knochenhand greifen die Kakteen auf der Isla de Incahuasi hinaus in die gleißende Weite des Salar de Uyuni. Von den Bergen am dunstblauen Horizont weht ein eisiger Wind über die menschenleere Ebene des Salzsees im Südwesten Boliviens. Seine Kristalle funkeln unter der strahlenden Höhensonne. Hier, auf gut 3.650 Metern Meereshöhe, liegt der größte Reichtum des ärmsten Landes Südamerikas: Lithium - der Stoff, der die Wende vom fossilen zum elektrischen Zeitalter ermöglichen soll. Aber was ist dieser Rohstoff eigentlich? Woher bekommen wir ihn? Wie teuer ist er und lohnt sich Recycling?

Was ist Lithium?

Lithium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Li und der Ordnungszahl 3 im Periodensystem. Es kommt in der Erdkruste nicht sehr häufig vor, der Anteil beträgt nur etwa 0,002 Prozent. Damit ist es das 33. häufigste Element. Zum Vergleich: Sauerstoff ist das häufigste Element mit 46,6 Prozent, noch vor Silizium (27,7 Prozent). Das seltenste Element ist das radioaktive Astat von dem weltweit nur etwa 40 Gramm existieren.

Im Periodensystem gehört Lithium zur ersten Gruppe und damit zu den Alkalimetallen. Es ist das leichteste Metall und das leichteste feste Element unter normalen Bedingungen. Bei Raumtemperatur ist es ein weiches Metall, das mit einem Messer geschnitten werden könnte. Lithium reagiert jedoch leicht mit Wasser und Luftfeuchtigkeit, wobei unter anderem Lithiumhydroxid entsteht. Wer Lithium lagern will, muss das Leichtmetall daher vor Luft und Wasser schützen, zum Beispiel in Paraffinöl.

Lithium ist in einer Vielzahl von Mineralien enthalten, davon sind aber nur wenige kommerziell interessant. Da Lithium sehr reaktionsfreudig ist, kommt es in der Natur nicht elementar vor. Als Salz ist es beispielsweise in Mineralwasser enthalten. Meerwasser enthält durchschnittlich 180 µg/L und Flusswasser etwa 3 µg/L Lithium. Das Element ist für den menschlichen Organismus nicht essenziell und hat keine bekannte biologische Funktion.

Wie sieht Lithium aus?

Lithium ist in seiner Reinform weich und silberweiß. An feuchter Luft bildet sich auf der Oberfläche beispielsweise schnell eine mattgraue Schicht aus Lithiumhydroxid. Diese ist gleichzeitig die am häufigsten vorkommende Lithiumverbindung. Wird es raffiniert, ist es ein weißes Pulver.

Nachteile: Ist Lithium gefährlich?

Lithium ist sehr reaktionsfreudig mit vielen Verbindungen, darunter Luft, Wasser, Sand, Asbest oder Kohlenwasserstoffe. Das macht es sowohl feuergefährlich als auch explosiv. Vor allem mit Wasser reagiert es sehr heftig. Kommen Haut oder Augen mit Lithium in Kontakt kann das zu schweren Verätzungen führen. Werden Lithiumgase eingeatmet, hat das oft Husten, Reizerscheinungen oder auch einen entzündeten Kehlkopf oder sogar Lungenödeme zur Folge. Verschlucktes Lithium kann Bauchkrämpfe, brennende Schmerzen, Übelkeit oder sogar Koma hervorrufen. Auf der anderen Seite wird Lithium in geringer Dosierung in der Medizin eingesetzt – vor allem in der Therapie von psychiatrischen Krankheiten wie Manie, bipolaren Störungen oder Depressionen.

In Lithium-Ionen-Batterien bedeutet Lithium immer ein Risiko, dass die Akkus bei unsachgemäßer Behandlung anfangen zu brennen. Sie sollten trocken und zwischen zehn und 20 Grad Celsius gelagert werden. Die Akku-Kapazität sollte bei 30 bis 60 Prozent liegen, auch, wenn das jeweilige Gerät länger nicht genutzt wird. Darüber hinaus sollten Manipulationen oder Do-it-Yourself-Reparaturen an Li-Ion-Batterien vermieden werden. Kommt das enthaltene Lithium nämlich mit Wasser oder Luft in Kontakt, kann es zu Bränden oder Explosionen kommen.

In welchen Ländern wird das meiste Lithium abgebaut?

Das Land mit der größten Lithium-Produktion 2022 war Australien. 61.000 Tonnen wurden aus dem Boden geholt. Ein Jahr zuvor waren es noch 55.300 Tonnen. Auf dem zweiten Platz der größten Produktionsländer von Lithium liegt Chile mit 39.000 Tonnen (2021: 28.300 Tonnen), gefolgt von China mit 19.000 Tonnen (2021: 14.000 Tonnen). Auch Argentinien zählt mit 6.200 Tonnen (2021: 5.970 Tonnen) noch zu den Großproduzenten von Lithium.

Betrachtet man die Reserven an Lithium, also jene Vorkommen, die zwar noch unter der Erde liegen, aber mit den aktuellen Technologien wirtschaftlich ausgebeutet werden können, ergibt sich ein ähnliches Bild. Die größten Lithium-Reserven liegen in Chile (9,3 Millionen Tonnen), gefolgt von Australien (6,2 Millionen Tonnen) und Argentinien (2,7 Millionen Tonnen). China hat annähernd so viele Lithium-Reserven mit 2,0 Millionen Tonnen. Im Rest der Welt sollen Schätzungen der United States Geological Survey rund 3,3 Millionen Tonnen an Reserven verborgen sein und insgesamt vermutet die USGS weltweit rund 26 Millionen Tonnen Lithium-Reserven – allerdings war das der Stand aus dem Jahr 2022.

Mittlerweile kommen regelmäßige Nachrichten, dass neue Vorkommen entdeckt werden. So spürten Geologen Anfang 2023 ein riesiges Vorkommen im indischen Bundesstaat Jammu und Kaschmir auf. Rund 5,9 Millionen Tonnen soll es enthalten. Im Iran vermuten Geologen rund 8,5 Millionen Tonnen des Alkalimetalls. Den Vogel schießt jedoch das westliche Serbien ab: Hier haben Experten ein Vorkommen ausgemacht, das die serbische Regierung mit 158 Millionen Tonnen Lithium beziffert.

Welche Lithium-Minen sind die größten?

Die aktuell größten Lithium-Minen liegen in Australien und Chile. Mit Abstand führen die Greenbushes Mine in Westaustralien und der Salar de Atacama in Chile. Ersteres ist ein riesiger Tagebau etwa 250 Kilometer südlich der Stadt Perth an der australischen Westküste. Fast 156.000 Tonnen Lithium wurden dort im vergangenen Jahr aus Gestein gewonnen. Im Gegensatz dazu handelt es sich beim chilenischen Salar de Atacama um einen Salzsee (Salar). 135.000 Tonnen Lithium extrahierte der chilenische Staatskonzern SQM im Jahr 2022 aus dem Salz der Atacamawüste.

Wie groß diese Projekte sind, wird deutlich, wenn man sich die Produktion der Nummer drei anschaut: Mit rund 64.000 Tonnen schafft das australische Mount Marion Lithium Project gerade einmal die Hälfte des Outputs der Nummer zwei. Mount Marion liegt in den Goldfields nahe Kalgoorlie – ebenfalls in Westaustralien. Auch die viertgrößte Lithium-Mine Pilgangoora liegt in Australien, in der Pilbara-Region. Betreiber des Projekts ist Pilbara Minerals. Die Mine spuckte 2022 rund 56.000 Tonnen Lithium aus.

Auf dem fünften Platz liegt eine weitere Mine im chilenischen Salar de Atacama, die jedoch von Albemarle betrieben wird. Nicht ganz 33.000 Tonnen holt das Unternehmen aus dem Salzsee.

Wie wird Lithium abgebaut?

Die größten Lithium-Minen zeigen es bereits deutlich: Es gibt zwei Arten, Lithium zu gewinnen. Die eine ist die Gewinnung aus Gestein, also als Erz. Die andere ist die Gewinnung aus Sole, also aus Salzen.

Lithium-Gewinnung aus Erzen: Diese Form des Lithiumabbaus ist vor allem in Australien verbreitet. Im ersten Schritt werden die lithiumhaltigen Erze aus dem Boden gebaggert. In der Regel geschieht das im Tagebau, es können aber auch Untertagebergwerke Lithiumerze abbauen. Anschließend wird das Erz zerkleinert, sodass Gestein und die enthaltenen Rohstoffe getrennt werden können.

Je nach Art des Erzes kommen anschließend unterschiedliche Methoden zum Einsatz, wie das Lithium abgetrennt wird. Recht häufig ist die sogenannte Flotationsmethode. Dabei wird das zermahlene Erz mit flüssigen Chemikalien behandelt, sodass sich das Lithium von anderen Mineralien trennt. Das Lithium schwimmt in der Flüssigkeit an die Oberfläche und kann von dort abgeschöpft werden. Im weiteren Schritt wird das Lithium raffiniert, also durch chemische und physikalische Weiterbehandlung gereinigt und veredelt.

Am häufigsten wird Lithiumhydroxid und Lithiumcarbonat hergestellt, das in unterschiedlichen Industrien als Rohstoff eingekauft wird. Für Batterien benötigen die Hersteller beispielsweise hochreines Lithium.

Lithium-Extraktion aus Sole: Große Lithiumvorkommen schlummern in Sole, einer salzhaltigen Flüssigkeit. Diese Sole ist beispielsweise in geothermischen Quellen oder Salzseen vorhanden. Bevor das Lithium extrahiert werden kann, wird die Sole meist vorbehandelt, um sie zu reinigen – beispielsweise durch Filtration oder Entschäumung. Anschließend wird die Sole in einem speziellen Becken Sonne und Wind ausgesetzt, sodass die Flüssigkeit verdunstet und die Lithiumkonzentration in der Sole ansteigt. Während dieser Verdunstung bilden sich lithiumhaltige Salzkristalle. Diese werden aus der Sole abgeschieden.

Um die Lithiumverbindungen zu reinigen, werden die Salzkristalle in Wasser gelöst. Erst nach diesem Schritt wird die gewünschte Lithiumverbindung (Hydroxid oder Carbonat) isoliert. Je nach gewünschtem Reinheitsgrad gibt es zusätzliche Verfahren. Einige Soleprojekte nutzen Verfahren wie die Direktextraktion oder Ionenaustausch. Bekannte Abbaugebiete von Sole sind die Salare in Südamerika wie der Salar de Atacama in Chile oder der Salar de Uyuni in Bolivien. Geplant die Lithiumgewinnung auch im deutschen Oberrheingraben. Projektentwickler ist Vulcan Energy, die bereits Vorverträge zur Lithiumlieferung mit zahlreichen Automobilherstellern abgeschlossen haben.

Welche Unternehmen sind die größten Lithium-Hersteller?

Welche Lithium-Bergbauunternehmen den meisten Output haben, dafür gibt es nur ältere Zahlen aus dem Jahr 2020. Die fünf größten Unternehmen, Talison, SQM, Mineral Resources, Albemarle und Pilbara Minerals stellen ein klassisches Oligopol dar, denn sie sind laut S&P Global 2022 für 70 Prozent der globalen Lithiumproduktion verantwortlich.

Die Firmenkonzentration könnte zukünftig weiter steigen. So hat Pilbara Minerals im Jahr 2021 das Projekt des benachbarten Unternehmens Morella übernommen. Die Produktion wird daher ab 2021 unter Pilbara Minerals geführt. Galaxy Resources wurde 2021 in Allkem eingegliedert.

Nach Börsenkapitalisierung (Stand Oktober 2022, Quelle: Mining.com) zeigt sich ein ähnliches Bild – allerdings fällt Talison heraus, da das Unternehmen nicht mehr an einer Börse gelistet ist, 2013 wurde es von Tianqi Industry zu 51 Prozent übernommen – den restlichen 49-Prozent-Anteil hält Albemarle.

1. Albemarle: 33,9 Milliarden US-Dollar
2. SQM: 29,6 Milliarden US-Dollar
3. Ganfeng Lithium: 22,9 Milliarden US-Dollar
4. Mineral Resources: 9,4 Milliarden US-Dollar
5. Pilbara Minerals: 8,6 Milliarden US-Dollar
6. Allkem: 6,5 Milliarden US-Dollar
7. Livent: 6,2 Milliarden US-Dollar
8. Sichuan Yahua Industrial: 4,8 Milliarden US-Dollar
9. Lithium Americas: 4,2 Milliarden US-Dollar

Albemarle, größter Lithiumhersteller der Welt, ist ein amerikanischer Spezialchemiekonzern. Er besteht aus drei Geschäftsbereichen: Lithium, Bromine Specialies und Catalysts. Der Bereich Lithium stellt hochreines Lithiumhydroxid und Lithiumcarbonat die Lithium-Ionen-Batterien her. Auch andere Lithiumprodukte wie Lithiumsulfid, Lithiumbiborat oder Buyllithium stellt Albemarle her. Dafür betreibt der US-Konzern an zwei der größten Lithium-Lagerstätten Minen: im Salar de Atacama und – über Talison – an der größten Lithium-Mine der Welt: Greenbushes in Western Australia. Darüber hinaus arbeiten die Amerikaner zusammen mit Mineral Resources an der australischen Lithium-Mine Wodgina

Die chilenische SQM betreibt die zweitgrößte Lithium-Mine der Welt – ebenfalls im Salar de Atacama.

Ob Ganfeng seinen dritten Platz künftig halten kann, steht noch nicht fest, denn das australische Unternehmen Mineral Resources hat seine Zusammenarbeit mit den Chinesen bei der drittgrößten Lithium-Mine Mount Marion am 1. Juni 2023 beendet. Stattdessen investiert Ganfeng in den australische Unternehmen Leo Lithium, das in Mali neue Lithium-Vorkommen exploriert. Bereits 2022 übernahm Ganfeng den argentinischen Betreiber Lithea. Es ist das dritte Projekt der Chinesen in Argentinien. Ganfeng investiert zudem stark in den Aufbau von Batterieproduktion auf aktuell 100 GWh pro Jahr (Stand Juni 2023).

Wo wird das meiste Lithium raffiniert und weiterverarbeitet?

Das meiste Lithium wird in China raffiniert, dort stehen die größte Zahl von Lithium-Raffinerien für Lithiumhydroxid und Lithiumcarbonat – zwei essenziellen Zutaten für Lithium-Ionen-Akkus. Ein Großteil dieser Rohstoffe fließt weiter in die chinesische Batterieproduktion. Nicht umsonst sitzt der weltgrößte Batteriehersteller CATL in China.

ESG: Welche negativen Auswirkungen hat der Lithiumabbau?

Wie die meisten Bergbauprojekte hat auch der Lithiumabbau negative Auswirkungen auf die Umwelt. Diese variieren jedoch je nach Abbaumethode – ob das Lithium aus Gestein oder aus einem Salar gefördert wird.

Negative Folgen des Lithiumabbaus aus Bergwerken: Das meiste Lithium wird derzeit aus dem Abbau von Festgestein gewonnen, vornehmlich in Australien. Zunächst wird das Gestein gesprengt, zerkleinert und anschließend wird das Lithium chemisch und metallurgisch vom Gestein getrennt. Laut einer Studie des Argonnen National Laboratory ist die Lithiumgewinnung aus Erzen fast sechsmal energieaufwändiger und damit klimaschädlicher als die Gewinnung aus Sole. Die Bergbauunternehmen benötigen zudem gut doppelt so viel Süßwasser.

Negative Folgen des Lithiumabbaus aus Salzseen: Betroffen hiervon sind besonders die Salare in Chile (Salar de Atacama), Argentinien (Salar del Hombre Muerto) und Bolivien (Salar de Uyuni). Beide Gebiete sind Wüstengebiete, die per se zu den trockensten Gebieten der Erde zählen. Zwar liegt der CO2-Ausstoß bei dieser Gewinnungsmethode laut einer Studie des Schwedischen Umweltforschungsinstituts für eine 50-kWh-Batterie bei 50 bis 100 Kilogramm CO2, doch die anderen Folgen sind drastisch. Die lithiumhaltige Sole wird aus tiefen Salzseen gefördert, und verdunstet in oberirdischen Becken. Da das verdunstete Wasser nicht aufgefangen und dem Grundwasser zurückgeführt wird, geht es unwiederbringlich verloren. Die Folge: Der Grundwasserspiegel sinkt immer weiter.

Durch die Bohrungen für Brunnen wird zunehmend die Barriere zwischen Süß- und Salzwasser zerstört, was die natürlichen Grundwasservorkommen kontaminiert. Denn sinkt der Salzwasserspiegel zu stark, strömt Süßwasser nach und mischt sich mit dem Salzwasser. Für die weiteren Produktionsschritte wird zudem Süßwasser benötigt. Insgesamt kursiert die Zahl von rund 2.000 Liter Wasser, die für die Produktion eines Kilogramms Lithium benötigt werden. Die Zahlen hat der forensische Geologe Fernando Diaz im Jahr 2011 veröffentlicht. Auch eine 2011er-Studie, die im Economic Geology veröffentlicht wurde, kommt zu dem Ergebnis. Sie gehen dabei von einer durchschnittlichen Lithium-Konzentration zwischen 500 und 600 ppm aus. Bei einer höheren Lithium-Konzentration (wie sie im Salar de Atacama nachgewiesen wurde), liegt der Wasserverbrauch entsprechend niedriger. Durch ein verbessertes Wassermanagement könnte die Zahl mittlerweile deutlich gesunken sein, es gibt jedoch keine offiziellen aktuelleren Zahlen.

Ein weiterer Aspekt ist die Luftverschmutzung: Diese wird zum einen durch die Lkws verursacht, die Material und Rohstoffe von und zu den Abbaugebieten transportieren. Darüber hinaus sind die Staubwolken ein Problem. Aus den Solebecken werden Mineralien, unter anderem das basische Natriumhydroxid, auf die Weideflächen oder in die umliegenden Ortschaften geweht, was Böden und Gewässer verschmutzt. Das Material wird zur chemischen Behandlung des Lithiums benötigt.

Süßwasserverbrauch sowie die Luft- und Bodenverschmutzung führen dazu, dass mit der Zeit Landwirtschaft und die traditionelle Lamahaltung der Bevölkerung vor Ort unmöglich werden.

Welche Branchen verwenden Lithium?

Aufgrund der sehr spezifischen Eigenschaften enthalten viele Produkte Lithium. Nach Angaben der CRU-Goup (2022) lag die gesamte Lithiumnachfrage im Jahr 2020 bei etwa 73.600 Tonnen Lithium-Inhalten. Das entspricht etwa 391.800 Tonnen Lithiumkarbonäquivalenten (LCE). Gegenüber 2015 (zirka. 34.000 Tonnen Li-Inh.) entspricht dies einem Zuwachs von ca. 116 Prozent.

Die höchste Nachfrage entfiel im Jahr 2020 auf die Anwendungsbereiche

• wiederaufladbare Batterien (67 Prozent)
• Keramik/Glaskeramik/Glas (16,3 Prozent)
• Schmierstoffe (5,2 Prozent)
• Luftaufbereitung (2,3 Prozent)
• Metallpulver (2,1 Prozent)
• Polymere (1,6 Prozent)
• Aluminiumherstellung (0,5 Prozent)

Lithium für wiederaufladbare Batterien: In einer rund 300 Kilogramm schweren 50-kWh-Batterie für ein E-Auto stecken rund acht Kilo Lithium. Für die Produktion von Akkus hat die Nachfrage nach Lithium in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Im Jahr 2015 machte die Nachfrage hier mit rund 58.400 Tonnen LCE etwa 32,3 Prozent der Gesamtnachfrage aus. Im Jahr 2020 stieg sie bereits auf rund 262.100 Tonnen LCE und dementsprechend auf knapp 67 Prozent der Gesamtnachfrage. Das entspricht einer Zunahme von 350 Prozent innerhalb von fünf Jahren! Knapp 41 Prozent der Nachfrage innerhalb der wiederaufladbaren Batterien kam aus dem Teilbereich E-Mobilität (LDV, HDV, Bus).

Lithium für Keramik, Glaskeramik und Glas: In diesen Branchen ist die Nachfrage nach Lithium am zweitstärksten, jedoch ohne die rasante Zunahme seit 2015. Die Nachfrage im Jahr 2020 lag laut CRU Group bei rund 64.000 Tonnen LCE, was einer Steigerung von „nur“ etwa sechs Prozent in fünf Jahren ausmacht (2015: 60.000 Tonnen LCE). Der Anteil hat sich von 33,1 auf rund 16,3 Prozent halbiert.

Schmierstoffe: Schmierstoffe, in denen Lithium als Additiv genutzt wird, stellen den drittwichtigsten Absatzmarkt für Lithium dar. Hier lag die Nachfrage im Jahr 2015 bei rund 19.000 Tonnen LCE (10,6 Prozent Anteil). Im Vergleich dazu lag die Nachfrage 2020 mit rund 20.300 Tonnen LCE etwa 6 Prozent über der 2015er-Nachfrage. Am Gesamtmarkt 2020 hat sich der Anteil auf 5,2 Prozent halbiert.

Die Nachfrage für die anderen Anwendungen lag 2020 bei:

• Luftaufbereitung: 9.000 Tonnen LCE (Anteil: 2,3 Prozent)
• Metallpulver: 8.270 Tonnen LCE (Anteil: 2,1 Prozent)
• Polymere: 6.100 Tonnen LCE (Anteil: 1,6 Prozent)
• Aluminiumherstellung: 2.000 Tonnen LCE (Anteil: 0,5 Prozent)

Dabei ist zu unterscheiden, welche Lithium benötigt wird: Lithiumcarbonat ist ein Basislithiumsalz, das verwendet wird, um verschiedene Lithiumverbindungen, metallisches Lithium und dessen Isotope zu erzeugen. Es wird auch zur Herstellung von Katalysatoren für chemische Reaktionen, sowie in Halbleitern, Keramik, Fernsehen, der Medizin- und Atomindustrie verwendet. Lithiumhydroxid kommt vorwiegend in Akkus, Fotoentwicklern und in stark wasserabweisenden Schmierfetten auf Lithiumstearatbasis zum Einsatz.

Wer beliefert welchen Autohersteller mit Lithium?

BMW bezieht seit 2022 Lithium von einem zweiten Lieferanten, dem US-Unternehmen Livent. Das Volumen des Mehrjahresvertrags beträgt rund 285 Millionen Euro. Das Lithium kommt aus Argentinien, wo der Rohstoff aus der Sole von Salzseen gewonnen wird. Wie lange der Vertrag läuft, ist nicht bekannt. Der erste Lieferant von BMW ist Ganfeng Lithium. Die Chinesen beliefern BMW seit 2020 mit Lithium aus Australien. BMW kauft kritische Rohstoffe aus Transparenzgründen direkt bei den Produzenten ein, obwohl der Autokonzern seine Batteriezellen nicht selbst produziert. Das Lithium wird direkt an zum Beispiel CATL oder Samsung geliefert.

Tesla: Wie BMW beschafft auch Tesla den Großteil seines Lithiums direkt von den Bergwerksunternehmen. Seit 2022 bezieht der US-Autohersteller einen Großteil seines Lithiums von Ganfeng, der Deal soll drei Jahre, also bis 2024, laufen. Außerdem liefern Albemarle und Livent Lithium für Tesla. Darüber hinaus soll Tesla 2022 neue Vereinbarungen mit BHP, Syrah Resources, Liontown Resources und Piedmont Lithium (USA) geschlossen haben. Von 2020 bis 2024 steht noch Sichuan Yahua Industrial auf der Lithium-Lieferantenlisten der Amerikaner.

Um seine Lieferkette bombensicher zu machen, will Tesla zudem eine eigene Lithium-Raffinerie in Texas errichten. Auch hatte Elon Musk im Jahr 2020 verlauten lassen, er habe sich an einem „lithiumreichen Feld in Nevada“ beteiligt und habe „einen Weg gefunden, Lithium nachhaltig abzubauen“.

Abgesehen von der direkten Beschaffung bei Lithiumproduzenten, hat Tesla Vereinbarungen mit Batterieherstellern wie CATL, LG und Panasonic. Diese haben jeweils noch eigene Lithiumzulieferer.

Ford: Der US-Hersteller hat 2022 ein nicht-verbindliche Vereinbarung mit Lake Resources für die Lieferung von Lithium getroffen. Ein neuer Vertrag mit Albemarle sieht die Lieferung von 100.000 Tonnen Lithiumhydroxid über fünf Jahre (2026 bis 2030) vor. Und auch von SQM erhält Ford batterietaugliches Lithium, wobei weder Mengen noch ein Zeitraum angegeben wurden. Bei Nemaska will Ford sogar über elf Jahre Lithium einkaufen – die Rede ist von 13.000 Tonnen pro Jahr.

Volkswagen: Seit 2019 arbeitet VW mit dem Lithiumproduzenten Ganfeng zusammen. Zehn Jahre lang sollen die Wolfsburger aus China beliefert werden. Zusätzlich setzt der Autokonzern unter anderem auf Vulcan, ein Unternehmen, das Lithium aus dem deutschen Oberrheingraben aus Sole gewinnen will. Das soll jedoch erst ab 2026 passieren.

Im März 2023 gab der Konzern bekannt, dass er plant, in Minen zu investieren, um die Hälfte seines Bedarfs an Batteriematerialien zu decken. „Der Flaschenhals bei den Rohstoffen sind die Bergbaukapazitäten, daher investieren wir direkt in Minen“, so VW-Technikvorstand Thomas Schmall zur Nachrichtenagentur Reuters.

Stellantis: Der Autobauer hat 2021 einen Vorvertrag mit Vulcan über mindestens 81.000 Tonnen Lithiumhydroxid über fünf Jahre abgeschlossen. Die Lieferungen sollen 2026 starten. Auf der Liste der Zulieferer stehen außerdem zahlreiche Lithium-Raffinerien aus China:

• Chengdu Tinanqi Lithiuim
• Ganfeng Lithium
• Golmud Zangge Lithium Industry
• Guizhou Red Star Development
• Jiangsu Baozhong Pharmaceuticals
• Jiangxi Albemarle Lithium
• Jiangxi Ganfeng Lithium
• Jiangxi Jinrui Lithium
• Liangxi Nanshi Lithium New Materials
• Xiangxi Yabao Lithium Industry
• Ningdu Ganfeng Lithium
• Shandong Ruifu Lithium
• Shanghai China Lithium
• Sichuan Tairuijia New Energy Technology
• Sichuan Zhiyuan Lithium Industries
• Tianqi Lithium Jiangsu
• Tianqi Lithium Shedong
• Yibin Tianyi Lithium Industry
• Zheijang Quzhou Youngdream Li-Ion Technology

Mercedes: Ein Teil des benötigten Lithiums kommt aus Australien, ein anderer aus Chile – mehr verrät der Stuttgarter Luxusautohersteller nicht. Im Oktober 2022 kam ein weiterer Deal hinzu: Das kanadische Unternehmen Rock Tech soll Mercedes-Benz mit 100.000 Tonnen Lithiumhydroxid beliefern, das in Guben (Brandenburg) hergestellt werden soll.

Welche (Zukunfts)Technologien sind auf Lithium angewiesen?

Den größten Nachfragezuwachs beim Lithium gab es in den vergangenen Jahren bei den Batterieherstellern. Die Wende von der Verbrennertechnologie zur Elektrifizierung vieler Bereiche des Privatlebens, aber auch der Wirtschaft, braucht eins: Speicher. Und hier ist die Lithium-Technologie bislang noch ungeschlagen.

Neben Lithium-Ionen-Akkus gehören Lithium-Eisenphosphat-Akkus fast zum Standard. Sie werden in Batteiespeichern für Photovoltaikanlagen eingesetzt, erobern Schritt für Schritt aber auch die E-Autos. Vor allem der chinesische Hersteller BYD setzt die Batterietechnologie ein. Aber auch Tesla verbaut LFP-Akkus in einigen seiner Model 3 und Y. MG stattet ebenfalls einige seiner Modelle mit LFP-Batterie aus.

LFP-Speicher sollen langlebiger sein als Li-Ionen-Akkus. Der Verband der Elektrotechnik (VDE) hat herausgefunden, dass selbst nach 10.000 Ladezyklen die Kapazität häufig noch immer bei mehr als 75 Prozent liegt. Zudem enthalten sie kein Kobalt, und verzichten so auf einen kritischen Rohstoff. Darüber hinaus sollen LFP-Speicher besonders brandsicher sein, da der Sauerstoff in diesen Batterien besonders stark gebunden ist.

Auch für eine noch sehr neue Batterietechnik, den Lithium-Schwefel-Akku, braucht es Lithium. Diese Speicher sollen eine noch höhere Energiedichte bieten, sind aber noch im Erforschungsstadium.

Fazit: Bei der Speichertechnologie werden Forscher und Hersteller nicht an Lithium vorbeikommen, der Bedarf wird in dieser Sparte weiterhin drastisch steigen.

Welche Alternativen gibt es zu Lithium?

In vielen Anwendungen lässt sich Lithium nicht substituieren. Als größter Lithiumabnehmer wäre der Hebel in der Batterieherstellung wohl am größten. Daher wird in der Batterieforschung zunehmens an lithiumfreien Akkus geforscht. Doch sie sind noch weit entfernt von jeglicher Marktreife. Hier eine Auswahl:

Natrium-Ionen-Batterien: Wie Lithium zählt Natrium zur chemischen Gruppe der Alkalimetalle und hat dadurch ähnliche Eigenschaften. Allerdings ist der auch in normalem Speisesalz enthaltene Stoff deutlich besser verfügbar und billiger als Lithium. Unternehmen wie CATL, Faradion und Natron Energy setzen daher auf Natrium-Ionen-Akkus. Deren weiterer Vorteil ist zudem, dass sie kein teures Kupfer benötigen und auch ohne Kobalt auskommen. Ihr Nachteil: Bei der Leistung und Energiedichte sind Na-Ionen Batterien ihren Lithium-Pendants noch deutlich unterlegen. Daher rechnen Experten zunächst nicht damit, dass diese Akkus in E-Autos zum Einsatz kommen werden. Wohl aber könnten sie geeignet sein, um als stationäre Speicher im Lastenmanagement ihre Dienste zu erfüllen.

Kalzium-Kupfer-Kohlenstoff-Batterie: Eine Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie entwickeln Forscher der Universität Tohoku in Japan entwickelt. Dabei besteht die Anode aus metallischem Kalzium und die Kathode aus Kupfersulfid. Letztere ist mit Nanopartikeln aus Kohlenstoff dotiert. Der Elektrolyt, der sich zwischen den Elektroden befindet, ist ein Hydrid, also ein Molekül, das Wasserstoff enthält. Da Kupfersulfid eine theoretische Kapazität von 560 Milliampere-Stunden pro Gramm hat, was das zwei- bis dreifache wie bei Li-Ion-Kathoden ist, rechnen die Forscher damit, die Reichweite von E-Autos mit Kalzium-Batterien erhöhen zu können.

Wasserbasierte Zink-Batterien: Eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Batterien könnten auch wasserbasierte Zink-Batterien werden. Daran forscht ein internationales Team unter der Leitung der ETH Zürich. Der Vorteil: Das Anodenmaterial Zink ist reichlich vorhanden und lässt sich einfach recyceln. Als Elektrolyt nutzen sie Salze der Essigsäure (Azetate), was bisherige Probleme bei Zink-Batterien vermeiden soll. Die Forschungen sind jedoch in einem frühen Stadium, es gelte noch, das Kathodenmaterial zu verbessern. Als Einsatzmöglichkeit sehen die ETH-Forschenden eher nicht E-Autos, sondern Speicher, um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen oder für Ein- bzw. Mehrfamilienhäuser.

Sauerstoff-Ionen-Batterie: Als Ladungsträger dienen in dieser Feststoffbatterie zweifach negativ geladene Sauerstoff-Ionen statt der gängigen Lithium-Ionen. Wird unter Luftabschluss eine Spannung angelegt, kommt es zu elektrochemischen Reaktionen, durch die diese Ionen von einer Elektrode zur anderen wandern. Beim Entladen kehrt sich dieser Prozess um. Konkret besteht die Kathode der neuen Feststoffbatterie aus einer Perwoskit-Verbindung aus Lanthan, Strontium und Eisenoxid und einer Anode aus Lanthan, Chrom, Strontium, Mangan und Sauerstoff. Das Lanthan, eine Seltene Erde lässt sich dabei noch ersetzen. Der Nachteil: Die Energiedichte ist merklich geringer als bei Li-Ionen-Akkus, daher kommt ein Einsatz in Smartphones und E-Autos eher nicht infrage, wohl aber für stationäre Stromspeicher. Der Vorteil: Die Batterien sollen sehr lange haltbar sein und durch ihre festen Oxide einen guten Brandschutz bieten.

Lässt sich Lithium recyceln?

Wenn von Lithium-Recycling die Rede ist, bedeutet das in der Regel das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien Bei Metallrecycling-Unternehmen wie der Nickelhütte Aue oder Umicore in Belgien wurden Altbatterien bis vor kurzem meist eingeschmolzen. Damit können zumindest Kobalt und Nickel zurückgewonnen werden, da sie erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzen. Der Nachteil: Das Verfahren ist sehr energieintensiv und Rohstoffe wie Lithium oder Graphit gehen dabei verloren.

Da aber in einem 50-kWh-Akku rund sechs Kilogramm Lithium stecken und die Rohstoffversorgung keineswegs mehr so gesichert ist wie zu Hochzeiten der Globalisierung vor der Covid-Pandemie, wird das Recycling von Batterien immer drängender.

Sowohl in Deutschland wie auch im Rest der Welt forschen Experten an Technologien, um das Alkalimetall und andere Rohstoffe zurückzugewinnen. In etwa zehn bis 15 Jahren werde die große Masse der ersten E-Autos auf den Schrottplätzen ankommen, so Marcel Weil, Umweltanalyst am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Bis 2040 könnten es 1,5 Millionen Tonnen Alt-Akkus sein, die ausrangiert werden.

Eine bessere Recyclingmethode ist es also, die Batterie mechanisch in ihre Einzelteile zu zerlegen. Der Vorteil des mechanischen Recyclings: Es ist die günstigste und schnellste Methode. Dazu werden die Batterien zunächst entladen und von dem flüssigen Elektrolyten befreit. Diese ist meist brennbar. Erst dann kommen die Einzelteile in einen Schredder. Magnetisch lassen sich Stahlteile absondern, Kunststoffteile lassen sich mit einem Luftstrom entfernen. Übrig bleibt die sogenannte Schwarze Masse. Schwarz ist sie durch ihren hohen Graphitanteil, sie enthält aber auch die anderen Bestandteile: Nickel, Kobalt, Kupfer und das begehrte Lithium. Um an diese heranzukommen, braucht es weitere Verfahren.

Bei einem wird die Schwarzmasse in Säure aufgelöst, meist handelt es sich dabei um Schwefelsäure. Die Metalle lassen sich als Salze einzeln abscheiden: Lithiumcarbonat, Nickelsulfat, Kobaltsulfat. Der Nachteil daran: Das Verfahren ist aufwändig und teuer, damit es einigermaßen rentabel wird, müssen pro Jahr mehrere tausend Tonnen auf diese Weise recycelt werden.

Forscher der RWTH Aachen haben das Verfahren modifiziert, indem sie Lithium und Graphit mit Wasser früher aus dem Prozess entfernen können. Das soll es deutlich ressourcenschonender und effizienter machen. Über das genaue Verfahren schweigen sich die Beteiligten aus wettbewerbsgründen aus, verraten aber, dass bestimmte chemische Verbindungen in kleinere Moleküle gecrackt werden, um die wasserbasierte Rückgewinnung zu ermöglichen.

Das KIT hat ebenfalls ein neues Verfahren vorgestellt, mit der die Forschenden rund 70 Prozent des Lithiums zurückgewinnen wollen – ohne korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen oder vorherige Sortierung des Materials. Die Forschenden verwenden für ihr Verfahren Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, kommt das Verfahren ohne zusätzlich zugeführte Stoffe aus. Und das funktioniert folgendermaßen: Die Batterieabfälle werden zunächst zermahlen. Dann werden sie in einer Reaktion mit Aluminium eingesetzt, um metallische Verbundwerkstoffe mit wasserlöslichen Lithiumverbindungen zu erzeugen. Das Lithium wird daraufhin zurückgewonnen, indem die wasserlöslichen Verbindungen in Wasser aufgelöst und anschließend erhitzt werden, um das Wasser durch Verdampfen zu entfernen. Da die mechanochemische Reaktion bei Umgebungstemperatur und -druck abläuft, ist das Verfahren laut KIT besonders energieeffizient.

Es gibt keinen Preis für "das eine Lithium". Am Markt werden drei große Gruppen gehandelt: Lithiumcarbonat, Lithiumhydroxid und Spondumen.

Lithiumcarbonat

Der Preis für Lithiumcarbonat (99,5 Prozent, battery grad, ex China) ist wegen der steigenden Nachfrage in den vergangenen Jahren extrem in die Höhe geschnellt. Der Trend ist seit Mitte des Jahres 2020 sichtbar, die Rallye begann aber erst 2021, als der Preis von knapp 14.000 US-Dollar pro Tonne (Januar 2021) binnen Jahresfrist auf knapp 70.000 US-Dollar schoss. Ende 2022 erreichte der Preis für Lithiumcarbonat ein vorläufiges Hoch mit knapp 84.000 US-Dollar pro Tonne. Bis April 2023 rauschte der Preis jedoch wieder ab auf knappe 28.000 US-Dollar pro Tonne, er steigt seitdem aber wieder. Die Deutsche Rohstoffagentur gibt in ihrem Preismonitor für Juni 2023 einen Preis von umgerechnet rund 42.000 US-Dollar pro Tonne an - eine Steigerung gegenüber dem Vormonat um 17,82 Prozent.

Lithiumcarbonat in der Qualität für technische und industrielle Anwendungen (99 Prozent, ab Europa) hat eine ähnliche Preisentwicklung hinter sich. Der durchschnittliche Preis zwischen Juli 2022 und Juni 2023 lag hier bei 60,04 US-Dollar pro Kilogramm, also 60.000 US-Dollar pro Tonne. Auch hier gab es im April 2023 einen massiven Preisverfall, seitdem steigt der Preis aber wieder.

Lithiumhydroxid

Lithiumhydroxid (CIF China, Japan, Korea) legte eine ähnliche Rallye hin: Zunächst sank der Preis für Lithiumhydroxid aufgrund des Überangebots bis Ende Dezember 2020 von 20,5 US-Dollar pro Kilo im Januar 2018 auf neun US-Dollar pro Kilo im Januar 2021. Von dort aus startet die Rallye binnen Jahresfrist auf 51 US-Dollar im Herbst 2021. Seinen Höhepunkt erreichte der Preis mit 80 US-Dollar pro Kilo.

Spondumen

Der Rohstoff für die Lithiumraffinerie ist Spondumen. Die DERA gibt den Preis für Spondumen mit fünf bis sechs Prozent Lithiumanteil (cif China) an. Danach betrug der durchschnittliche Preis zwischen Juli 2022 und Juni 2023 6.448 US-Dollar pro Tonne. Im Juni 2023 selbst stehen etwa 4.000 US-Dollar pro Tonne zu Buche. Seit Juni 2021 ist der Preis damit immer noch um 249 Prozent gestiegen.