Rohstoff Graphit – Das sechste Element

Wenigstens 8000 Menschen kamen in den vergangenen dreißig Jahren durch Graphit ums Leben. Denn als Anatoli Stepanowitsch Djatlow am 29. April 1986 im russischen Kernkraftwerk Tschernobyl einen vollständigen Stromausfall simulierte, verstieß er gegen grundlegende Sicherheitsvorschriften und verursachte so die Explosion des Meilers und den Brand des dort als Moderator eingesetzten Graphits.

Das Mineral reduziert in bestimmten Reaktoren die Bewegungsenergie der bei der Kernspaltung freigesetzten Neutronen und dient so unter anderem dem Strahlenschutz. Weil das Graphit bei der Katastrophe in Tschernobyl trotz seines mit 3.750 Grad Celsius extrem hohen Schmelzpunktes verbrannte, konnte es diese Aufgabe nicht mehr erfüllen. Dreißig Menschen starben deshalb während des GAUs, wenigstens 8.000 seitdem an durch die freigesetzte Radioaktivität verursachtem Schilddrüsenkrebs. Graphitbrände in Atomkraftwerken hatten auch schon vor der Katastrophe in der Ukraine Menschenleben gefordert. So starben in Folge des Graphitbrands im britischen Sellafield 1957 über 240 Menschen an Lungenkrebs.

Obwohl das schwarze, fettige und sehr weiche Element somit als Moderator in der Kerntechnik verbrannt ist, können Unternehmen in vielen anderen Bereichen nach wie vor nicht auf Graphit verzichten.

Graphit ist reiner Kohlenstoff

Das Element ist neben Diamant und Fulleren die dritte stabile Form von Kohlenstoff. Es zeichnet sich nicht nur durch seine extreme Hitzebeständigkeit und Widerstandskraft gegen Säuren und Laugen aus, sondern eignet sich auch hervorragend als Schmiermittel, ist elektrisch leitfähig und lässt sich synthetisch aus Pech- und Petrolkoksen herstellen.

Künstliches Graphit, wie es unter anderem Zulieferer wie die Wiesbadener SGL Carbon Group herstellen, verarbeiten Unternehmen in der Elektroindustrie unter anderem zu Kraftstoffzellen, Kohlebürsten für Elektromotoren und Elektroden für Lichtbogenlampen und -öfen für die Stahlproduktion. Dabei gehen pro Tonne erzeugten Stahls im Schnitt 1,1 Kilogramm der eingesetzten Elektrode verloren.

Graphit wichtig bei Stahlproduktion

Aufgrund seiner Hitzebeständigkeit stellt die Stahlindustrie mit Graphit auch Schmelztiegel sowie Gussformen her und kleidet damit Öfen aus. Außerdem reichert sie mit dem Rohstoff Stahl an, damit sich diese bei der Herstellung leichter härten lassen. Für diese Anwendungen verwenden Stahlkocher in der Regel natürliches Graphit. Insgesamt verarbeitet die Stahlindustrie rund 70 Prozent der auf dem Weltmarkt angebotenen Mengen des Halbmetalls.

Im Maschinenbau und der Automobilindustrie finden etwa 20 Prozent des verfügbaren Graphits bei der Produktion von Bremsbelägen, als Trockenschmiermittel oder Werkstoff zur Herstellung von selbstschmierenden Lagern und Dichtungen Verwendung. Wobei Bremsbeläge heute fast ausschließlich aus recyceltem Graphit bestehen.

Bild: Adobe Stock fablok

Der Reinheitsgrad macht den Unterschied

Ausschließlich reinstes natürliches Graphit verarbeiten hingegen die Hersteller von Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu den Anoden ihrer Energiespeicher. Pro Kilowattstunde Leistung, die eine Batterie etwa in einem Elektro-Fahrzeug erbringt, brauchen sie 1,1 Kilogramm des schwarzen Minerals. Damit verbauen die Hersteller bis zu zehn Mal soviel Graphit wie Lithium.

Für diesen Einsatz eignet sich jedoch nur etwa ein Achtel der 1,2 Millionen Tonnen natürlichen Graphits, die Minenbetreiber weltweit jedes Jahr aus dem Boden holen. Dies könnte für deutsche Einkäufer in Zukunft zu einem Problem werden. Denn während es für Anwendungen in der Stahl- und Automobilindustrie auch künftig ein ausreichend großes Angebot an dem Rohstoff geben wird, könnte die Versorgung mit  reinstem Naturgraphit kritisch werden. Zum einen wird sich die Nachfrage nach dem Werkstoff in den kommenden zehn Jahren verdoppeln. Das hat die auf die Batteriebranche spezialisierte französische Unternehmensberatung Avicenne errechnet. Zum anderen kontrolliert China 65 Prozent des Marktes für Naturgraphit.

Da die Volksrepublik chinesischen Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien einen Wettbewerbsvorteil verschaffen will, hat sie die Ausfuhr von Graphit zudem mit einer 20-prozentigen Exportsteuer belegt. Zusätzlich fallen 17 Prozent Wertsteuer an. Dies macht reines Graphit für Einkäufer aus anderen Ländern erheblich teurer und schwerer zu bekommen.

Graphitversorgung ist für viele Branchen nur mäßig kritisch

Entspannter können hingegen Beschaffungsprofis in der Stahl- und Automobilindustrie sein. Immerhin lässt sich das Graphit, das sie benötigen oft auch künstlich herstellen. Außerdem können sie den Stoff auch in anderen Staaten sourcen. So kommen mit 170.000 Tonnen immerhin 14,2 Prozent des weltweit angebotenen Graphits aus Indien. Brasilien steuert mit 80.000 Tonnen 6,7 Prozent bei, die Türkei mit 32.000 Tonnen immerhin noch 2,7 Prozent. Kanada und Mexiko liefern jeweils rund 1,8 Prozent des Angebots. Selbst in Deutschland fördert die Graphit Kropfmühl GmbH im Bergwerk Kropfmühl im Bayerischen Wald seit 2012 wieder mehrere hundert Tonnen Graphit pro Jahr.

Keinen Anlass zur Sorge bieten auch die weltweit vorhandenen Reserven des Rohstoffs in Höhe von 250 Millionen Tonnen. Bei der aktuellen globalen Jahresförderung wären sie erst in 208 Jahren erschöpft. Die Ressourcen schätzen die Geologen des Geological Survey der Vereinigten Staaten sogar auf über 800 Millionen Tonnen. Diese haben eine Reichweite von 666 Jahren.

Länder mit den größten Graphitvorkommen

Anders als beim Abbau des Halbmetalls belegt die Volksrepublik in der Liste der graphitreichsten Staaten nicht den ersten Platz. Über die größten Vorkommen verfügt mit 90 Millionen Tonnen die Türkei. Das sind 36 Prozent der globalen Reserven. In Brasilien lagern mit 72 Millionen Tonnen 28,8 Prozent der Reserven. Erst auf Rang drei folgt mit 55 Millionen Tonnen China. Damit verfügt das Reich der Mitte nur über gut ein Fünftel der weltweiten bereits heute wirtschaftlich erschließbaren Vorkommen. Auf den Plätzen vier und fünf folgen Mozambik mit 13 Millionen Tonnen und Indien mit acht Millionen Tonnen Graphit.

Diese Reihenfolge könnte jedoch schon bald umstellungsbedürftig sein. Denn noch nicht gesicherten Berichten zufolge haben Geologen in Mozambik über 25 Millionen Tonnen Graphit entdeckt. Als eines der ersten Unternehmen will die bayerische Graphit Kropfmühl GmbH diese Vorkommen ausbeuten

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

Bild: alexgoryayev/Fotolia.de

Autor: Gerd Meyring

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