Vanadium

Vanadium ist ein begehrtes Metall mit vielen guten Eigenschaften für unterschiedliche Zwecke (Bild: AdobeStock/ krsmanovic)

| von Gerd Meyring

Göttlich schön, fand der schwedische Chemiker Nils Gabriel Sefström die Farbenpracht von Vanadiumverbindungen als er das Metall 1831 bei der Analyse von Eisenerzen wiederentdeckte. Deshalb nannte er das Element mit der Ordnungszahl 23 nach der altnordischen Göttin der Schönheit. Diese heißt auf altisländisch Vanadis. Die Germanen nannten sie Freyja.

Vanadium ist ein silberblaues, relativ weiches und dennoch zähes, schmiedbares Metall. Es zeichnet sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine gute elektrische Leitfähigkeit aus. Es schmilzt erst bei 1.910 Grad Celsius, entzündet sich in Pulverform jedoch sehr sich leicht.

Das Metall kommt nur in Bindung mit anderen Mineralien vor. So enthält das Eisenerz Magnetit bis zu zwei Prozent Vanadium. Auch Bauxit und fossile Energieträger wie Erdöl, Kohle, Ölschiefer und Teersand enthalten das Metall.

China beherrscht den Weltmarkt für Vanadium

Die größten Vanadiumvorkommen finden sich in China. Dort lagern dem US Geological Survey zufolge mit 9,5 Millionen Tonnen gut 47 Prozent der weltweiten Reserven. Russland verfügt mit fünf Millionen Tonnen über ein Viertel, Südafrika mit 3,5 Millionen    Tonnen über 17,5 Prozent der bislang bekannten Vorkommen. Weitere große Lagerstätten finden sich in Australien, den USA und Finnland.

Im vergangenen Jahr kamen allerdings 40.000 der auf Weltmarkt verfügbaren Tonnen Vanadium aus China. Das entsprach 57,7 Prozent des globalen Angebots. Weitere 24,6 Prozent oder 18.000 Tonnen steuerte Russland bei. Südafrika belegte mit 9.100 Tonnen oder 12,4 Prozent des Angebots Platz drei der wichtigsten Lieferländer gefolgt von Brasilien. Von dort kamen 6.300 Tonnen des Metalls.

90 Prozent des Angebots fließen in die Stahlveredelung

Neun Prozent des weltweit verfügbaren Vanadiums fließen in die Herstellung von Hochleistungsbatterien und Nichteisenlegierungen. So verschmelzen Metallverarbeiter Vanadium mit Aluminium und Titan und gewinnen so Werkstoffe für Gasturbinen und den Flugzeugbau.

Mit den übrigen 91 Prozent des globalen Vanadiumangebots veredeln Stahlhersteller ihre Produkte. So verdoppelt sich bei Zugabe eines Kilogramms des Metalls zu einer Tonne Stahl dessen Festigkeit. Mit Vanadium legierter Stahl ist darüberhinaus extrem hitzebeständig und wird daher zur Herstellung von Bohrern, Kreissägen, Turbinenblättern, Wellen, Kurbelwellen und Zahnrädern für Getriebe, Werkzeugen und chirurgischen Instrumenten verwendet.

Chinas Bauindustrie treibt Vanadiumnachfrage in die Höhe

Auch die Bauindustrie in den USA und Europa verwendet schon seit langem Vanadium-legierten Stahl. In der Volksrepublik China muss dieser anstatt des bis dahin bei Bauprojekten verwandten Billigstahls seit November 2018 eingesetzt werden. Analysten erwarten, dass allein der chinesische Bedarf an Vanadium daher künftig um 10.000 Tonnen steigt. Das entspricht fast 14 Prozent der weltweiten Produktion des Metalls.

Durch die Verwendung von Vanadium in Redox-Flow-Batterien (RDF-Batterien) könnte die Nachfrage nach dem Element bis 2035 jedes Jahr um weitere 32.000 Tonnen steigen. RDF-Zellen lassen sich bis zu 20.000 Mal be- und entladen, ohne an Leistung zu verlieren und halten daher Jahrzehnte. Ein Lithium-Ionen-Akku macht bereits nach 1.000 bis 2.000 Zyklen schlapp. Die Superzellen sind zudem schwerentflammbar und entladen sich nicht selbst. Auch lassen sich mit ihnen Energiespeicher in beliebiger Größe bauen, die extrem schnell zwischen Aufladung und Stromabgabe umschalten können.

Dadurch sind Redox-Flow-Batterien der ideale Speicher, um Strom aufzunehmen, den Solarparks und Windfarmen in Spitzenzeiten erzeugen, das Netz aber nicht abnehmen kann. Auch große Verbraucher wie der Betreiber der New Yorker U-Bahn, die Metropolitan Transport Authority, nutzen RDF-Akkus, um Strom nachts zu günstigen Tarifen einzukaufen und damit tags ihre Züge zu betreiben. Das senkt ihre Stromrechnung um bis zu einem Viertel. Als Grundlage der RDF-Technologie ist Vanadium hier wirklich ein göttlicher Stoff.

Einkauf Rohstoff Vanadium

Beschreibung
  • Chemisches Element „V“ mit der Ordnungszahl 23.
  • Vanadium ist ein silberblaues, relativ weiches und dennoch zähes, schmiedbares Metall.
  • Es ist sehr korrosionsbeständig und elektrisch leitfähig.
  • Das Element schmilzt bei 1910 Grad Celsius, entzündet sich in Pulverform jedoch leicht.
  • Vanadium kommt nur in Bindung mit anderen Mineralien vor.
Verwendung

Legierung von Stählen (91 Prozent)

Nichteisenlegierungen sowie Herstellung von

Batterien (9 Prozent)

Größte Förderländer von Vanadium

China (57,7 Prozent)

Russland (24,6 Prozent)

Südafrika (12,4 Prozent)

Brasilien (8,6 Prozent)

Vorhandene Reserven 20 Millionen Tonnen
Globaler Abbau von Vanadium im Jahr 2018 73.000 Tonnen
Statische Reichweite der vorhandenen Reserven 274 Jahre
Länder mit den größten Anteilen an den vorhandenen Reserven

China (47,5 Prozent)

Russland (25,0 Prozent)

Südafrika (17,5 Prozent)

Australien (10,5 Prozent)

Recyclingquote Vanadium lässt sich bisweilen sehr gut recyceln. So beträgt die Recyclingquote des als Katalysator in chemischen Prozessen verwendeten Vanadiums 40 Prozent. Allerdings werden hier nur kleinste Mengen des Metalls eingesetzt. Aus legierten Stählen und Batterien hingegen wird Vanadium bislang kaum wiedergewonnen. Hier hin fließt jedoch der absolut überwiegende Teil der globalen Produktion des Metalls.
Substituierbarkeit

In Legierungen lässt sich Vanadium gut durch Mangan, Molybdän, Niob, Titan und Wolfram ersetzen, als Katalysator in chemischen Prozessen auch durch Platin und Nickel.
Das Fraunhofer-Institut für chemische Technologie arbeitet an Redox-Flow-Batterien, die ganz ohne Vanadium auskommen.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

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

Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen