Nickelvorkommen nachhaltiger und wirtschaftlicher ausschöpfen

Insbesondere in den Jahren bis 2030 ist zu erwarten, dass der rapide steigende Bedarf entlang des globalen klimazielkonformen Erneuerbare Energien-Ausbaus durch die aktuelle globale Bergbauprojektpipeline nicht ausreichend gedeckt werden kann. Das Beispiel Nickel verdeutlicht zudem, dass es nicht nur eine Frage der Menge ist, sondern auch der Qualität. Nickel kommt weltweit in unterschiedlichen Qualitäten vor.

In einem VDMA-Beitrag mit dem Titel „Rohstoffe: Schlüssel zur Technologischen Souveränität“ heißt es unter anderem: „In der allgemeinen Betrachtung steht das fertige Produkt, beispielsweise eine Windkraft-Anlage oder das E-Auto. Dass diese Produkte die Summe von vielen Einzelteilen und Zulieferungen sind, wird hingegen häufig ausgeblendet. Dabei spielen insbesondere Rohstoffe eine zentrale Rolle. Mineralische Rohstoffe gehören dazu.“

Die Autoren einer Studie des ‚Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit’ konstatieren bereits 2016: „Die Analyse der Werkstoffkomponenten eines E-Autos zeigt, dass zahlreiche für den Wirtschaftsstandort Deutschland als ‚kritisch’ bis ‚bedingt kritisch’ eingestufte Materialien verwendet werden. Kritische Materialien in Elektrofahrzeugen, die nicht in konventionellen Fahrzeugen eingesetzt werden, sind dabei vor allem Kobalt und Seltene Erden.

Als ‚bedingt kritisch‘ werden heute auch die Kathodenmaterialien Nickel und Lithium eingestuft. Hier könnte zukünftig ein relevanter Anteil an der globalen Förderung durch die Elektromobilität beansprucht werden, so dass dann auch diese Materialien als kritisch eingestuft werden könnten.“ Bei dem Thema Rohstoffversorgung kommt es aber vor allem darauf an, nicht nur auf die Vorkommen in politisch unsicheren Ländern zu setzen, sondern in erster Linie auf Herkunftsländer und -kontinente, die politisch stabil sind, wie etwa Australien, das bei den weltweiten Nickelvorkommen auf Position vier rangiert.

pCAM-Hub steigert Wert der Ressourcen in der Region

In Australien ist auch das Unternehmen Pure Battery Technologies (PBT) mit Hauptsitz im Brisbane beheimatet. In Hagen (Westfalen) hat das Unternehmen seinen ersten Produktionsstandort in der EU etabliert. Dort wurde 2020 die Nickel-Raffinerie Königswarter & Ebell Chemische Fabrik (K&E) übernommen und die PBT-Verfahren ‚Selective Acid Leaching’ (SAL) und ‚Combined Leaching’ (CL) erfolgreich in Großserie und Produktkonformität getestet.

Das 2017 als Spin-off der University of Queensland gegründete und seit 2020 mit einer Tochtergesellschaft in Ettlingen vertretene Unternehmen produziert das Vorprodukt pCAM für nickelbasiertes aktives Kathodenmaterial CAM, das in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt wird, die für die Elektromobilität zwingend benötigt werden. „Wir können alle Nickel-Cobalt-Mangan-Produkte annehmen, solange sie in einer Hydroxidform (Nickelhydroxid, gemischtes Hydroxidpräzipitat) vorliegen oder wir einfache Konzentrate in eine solche umwandeln können. Wir würden also zum Beispiel kein Ferronickel nehmen, wie es zum Großteil in Indonesien produziert wird, es muss in Hydroxidform vorliegen“, sagt Björn Zikarsky, CEO PBT.

Die PBT-Raffinerie in Kalgoorlie, das Western Australia pCAM Hub (WA-pCAM Hub), unterscheidet sich von der bestehenden Nickelverarbeitung in Westaustralien, da sie eine größere Vielfalt an Rohstoffen und Quellen annehmen kann. Dies bedeutet, dass Projekte, die sich in der Entwicklung befinden, eine Weiterverarbeitungsoption haben, die geografisch näher liegt als die üblichen Anlaufpunkte in Asien und flexiblere Spezifikationen für das Material hat, das in der Anlage verwendet werden kann.

Bei so vielen potenziellen Materialquellen für den pCAM-Hub handelt es sich wirklich um ein katalytisches Projekt, das nicht nur einen Mehrwert schafft, sondern den Wert der Ressourcen in der Region erheblich steigert, bevor sie exportiert werden. Da das PBT-Verfahren weniger Strom und andere Betriebsmittel wie Säure benötigt, sinken die Kosten für die Lieferkette um 250 US-Dollar pro Auto und die CO2-Emissionen werden um etwa 0,5 Tonnen pro Auto reduziert.

Lieferkette widerstandsfähiger machen

Die jüngsten weltweiten Krisen und Kriege haben sehr deutlich gemacht, dass die Lieferkette in Australien widerstandsfähiger werden muss. Pure Battery Technologies trägt dazu bei, diesen Bedarf zu decken, indem es das West Australien-pCAM Hub (WA-pCAM Hub) entwickelt, das die starke australische Bergbauindustrie nutzt, um wertschöpfende Herstellungsprozesse für Batteriematerialien an Land zu bringen. PBTs WA pCAM Hub wird PBTs patentierte und proprietäre Technologien nutzen, um nickel- und kobalthaltige Zwischenprodukte zu Lithium-Ionen-Batterievorläufermaterialien (pCAM) aufzuwerten. Dieser Ansatz ist eine Kombination von Verfahren, zu denen auch die von PBT patentierten Methoden SAL und CL gehören.

Dieser Ansatz bietet einen neuen Verarbeitungsweg für die Veredelung von Nickel, Kobalt und Mangan zu Batteriemetallprodukten, indem die Unterschiede in den Löslichkeiten und Oxidationszuständen ausgenutzt werden. Die übliche Trennung der Metalle wird vermieden und durch hydrometallurgische Prozesse mit geringem Energieverbrauch ersetzt. Es entfallen kostspielige und energieintensive Produktionsschritte, wodurch die CO₂-Äquivalent-Emissionen aus der Veredelung von Zwischenprodukten zu pCAM im Vergleich zu den derzeitigen Industriestandard-Prozessrouten um bis zu 85 Prozent gesenkt werden kann.

Bisher unwirtschaftliche Lagerstätten in Zukunft nutzen

Das WA pCAM Hub wird auch aufstrebenden und bestehenden australischen Minen einen alternativen nachgelagerten Partner für die Veredelung von Erzen und Konzentraten bieten. Die PBT-Verfahren sind weniger kohlenstoffintensiv, haben eine bessere Metallrückgewinnung und sind weniger empfindlich gegenüber Verunreinigungen im Einsatzmaterial.

Der PBT-Ansatz gibt Nickelproduzenten die Möglichkeit, Erzarten zu verarbeiten, die für herkömmliche Verarbeitungsprozesse ungeeignet sind, und die Herstellung des höherwertigen pCAM-Produkts ermöglicht es, bisher unwirtschaftliche Lagerstätten als kohlenstoffreduzierende Mineralien für die Zukunft zu nutzen. Dazu Björn Zikarsky: „Die Fähigkeit, Off-Spec-Einsatzmaterial wirtschaftlich zu behandeln und gleichzeitig hohe Rückgewinnungsraten zu erzielen, ist unserer Ansicht nach ein Wettbewerbsvorteil.

Wir können Nickel aus Erzen gewinnen, die zuvor unwirtschaftlich waren. Darüber hinaus kann sie bei der Verarbeitung von marginalem Material aus den Minen der Partner einen Mehrwert schaffen, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Minen und einer Steigerung der Produktion führt. Dies ist mit herkömmlichen Technologien nicht möglich. Das Projekt WA pCAM Hub von PBT in Westaustralien wird ein Katalysator für die Diversifizierung des Mineralienangebots von Westaustralien für die Welt sein und gleichzeitig die bestehenden Stärken der Bergbauindustrie von Westaustralien nutzen und einen Mehrwert schaffen.“

Bei Nickel existieren Unsicherheiten

Dieses Projekt wird also die erste pCAM-Produktionsanlage in Australien sein, die Engpässe in der Batterie-Wertschöpfungskette in Westaustralien und Australien beseitigen und der ganzen Welt grüne Mineralien liefern kann. Das wäre nicht nur wünschenswert, sondern auch dringend notwendig, wie es ein Papier des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) mit dem Titel ‚Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf’ von 2020 nahelegt: „Benötigte Batterierohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit sind global gesehen ausreichend vorhanden.

Durch die Entwicklung hin zu Kobalt-reduzierten und Nickel-reichen Hochenergie-Batterien wird sich die Rohstoffsituation für Kobalt weiter entschärfen. Bei Lithium dürfte sie unkritisch bleiben, bei Nickel existieren Unsicherheiten. Gemäß eigener Berechnungen des Fraunhofer ISI dürfte jedoch die Primärmaterial-Nachfrage um 2030 für Lithium etwas höher als in bisherigen Studien, für Kobalt vergleichbar und für Nickel deutlich höher ausfallen.“