BatMix – Quantitative Bewertung des zukünftigen Rohstoffmix für die Batterieproduktion

Die Steigerung und Optimierung der Batterieproduktion sind eng mit den Klimazielen der EU verbunden, da Batterien hierbei eine Schlüsselrolle zukommt. Sie sind sowohl als Zwischenspeicher für die Stabilisierung dezentraler Stromnetze als auch für die Umsetzung der Elektromobilität unabdingbar. Aufgrund ihrer großen Energiedichte sind Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) momentan der wichtigste kommerziell verfügbare Batterietyp für diese Anwendungen. Verschiedene Studien erwarten daher ein rasantes Wachstum dieser Sparte.

Schwierig ist dabei, dass die meisten in LIBs verwendeten Rohstoffe (Lithium [Li], Kobalt [Co], Nickel [Ni], Graphit und Mangan [Mn]) momentan durch den Abbau primärer Lagerstätten gewonnen werden. Dies führt zu einer erhöhten CO2-Bilanz. Eine Steigerung des Recycling-Anteils der verwendeten Rohstoffe könnte eine Möglichkeit zur Verbesserung der CO2-Bilanz durch eine Änderung des Rohstoffmix bieten. Jedoch setzt das rasante Verbrauchswachstum dem Recycling enge Grenzen. Grund hierfür ist, dass die Menge des rückführbaren Materials nicht vom Volumen der aktuellen Jahresproduktion abhängt, sondern von der Produktion der vergangenen Jahre und der Lebensdauer der Produkte. So wird zum Beispiel in einer Studie der DERA geschätzt, dass bis 2050 wahrscheinlich nicht mehr als 10% des in LIBs verwendeten Li aus dem Batterierecycling kommen kann.

Ziel dieses Projekts ist es, statistisch belastbare Szenarien für die Verfügbarkeit von Batterierohstoffen sowie die anfallenden CO2-Emissionen und Exergieverbräuche und ihrer voraussichtlichen Entwicklung bis zum Jahr 2050 zu erstellen. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, die größten Effizienzpotentiale am Beginn der Lieferketten zu identifizieren, und damit die wichtigsten Ansatzpunkte für zukünftige Forschungsprojekte zur weiteren Optimierung der „Grünen Batterie“ aufzuzeigen. Der Fokus des Projekts wird dabei auf den für die Batteriegewinnung kritischen Ausgangsstoffen Li, Co, Ni, Mn und Graphit liegen.

Quantifiziert werden soll zunächst, wie viel des jeweiligen Rohstoffs aus sekundären Quellen gewonnen werden kann, und wie viel aus primären Rohstoffen durch Bergbau bereitgestellt werden muss. Die jeweiligen Massenströme sollen weiterhin nach Typen untergliedert werden (geologische Lagerstättentypen für primäre Rohstoffe, Recyclingmaterialien/Batterietypen für sekundäre Rohstoffe). Die Synthese dieser Informationen aus existierenden Datensätzen zu Batteriematerialien, voraussichtlichen Verbrauchsentwicklungen bei der Batterieproduktion, sowie Explorations- und Technologietrends in der primären Rohstoffgewinnung wird mittels Monte-Carlo Simulationen erfolgen. Dies erlaubt nicht nur die Identifizierung der wahrscheinlichsten Entwicklungstrends, sondern auch die Abschätzung der zugehörigen statistischen Unsicherheiten.

© HZDR / Max Frenzel

Die so gewonnenen Daten sollen im Anschluss dazu genutzt werden, die zugehörigen CO2-Bilanzen und Exergieverbräuche zu berechnen, und detailliert aufzuschlüsseln. Hierzu soll BatMixeng mit den anderen Teilprojekten des Kompetenzclusters „Recycling & Grüne Battery“ vernetzt werden, die mittels Life-Cycle Analysis (LCA) entsprechende Bilanzen für verschiedene Gewinnungsprozesse aus primären und sekundären Rohstoffen erstellen (z.B. SIMTEGRAL). Zuletzt sollen aus den Gesamtergebnissen Empfehlungen für die zukünftige nachhaltige Gewinnung von Batterierohstoffen und die zugehörige Forschung abgeleitet werden.

Kontakt

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

Dr. Max Frenzel

Chemnitzer Str. 40, 09599 Freiberg

hzdr.de

Projektlaufzeit

01.02.2021 – 31.01.2024

Beteiligte Partner

Deutsche Rohstoffagentur (DERA) in der BGR