Rohstoffe

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Einleitung

Abbildung 1: Kupfererz

Neben der Erzeugung und Speicherung der elektrischen Energie für E Fahrzeuge ergibt sich eine weitere Herausforderung: Für die Produktion elektrischer Antriebe werden Rohstoffe benötigt, die in konventionellen Fahrzeugen (Verbrennern) nicht oder in deutlich kleinerer Menge verwendet werden. Eine Studie des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung nennt hier vor allem Kupfer und die so genannten Seltenen Erden. Bei der Beurteilung der Nachhaltigkeit von E-Mobilität müssen also auch die ökologischen, ökonomischen und politischen Folgen der Beschaffung dieser Rohstoffe berücksichtigt werden.

Kupfer

Kupfer ist nach Silber das Metall mit der zweithöchsten Leitfähigkeit und wird aus diesem Grund in großer Menge in elektrischen Anwendungen verwendet. In einem modernen Mittelklasseauto (Verbrenner) werden etwa 12-15kg Kupfer verbaut. In elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist der Bedarf deutlich höher, da sowohl Motorkomponenten, als auch zusätzliche elektrische Leitungen und Leistungselektronik Kupfer benötigen (siehe Antriebe und Zweitverbraucher). In der Literatur finden sich keine konkreten Angaben über den durchschnittlichen Kupferbedarf eines Elektroautos, eine Prognose der hier zitierten Fraunhofer-Studie gibt aber einen Eindruck des resultierenden Kupferbedarfs.

In einem Überblick über die aktuellen Einsatzfelder des Rohstoffes (Stand 2010) nehmen elektrische KFZ-Antriebe unter "sonstige" zusammen mit anderen Anwendungen gerade einmal 3% des globalen Kupferbedarfs dar. KFZ-Elektronik schlägt mit 5% der globalen Nachfrage zu Buche. Die Autoren prognostizieren aber für 2050, dass 14% bis 21% der globalen Kupfernachfrage auf den Sektor der E-Mobilität zurückgehen werden. Grundlegend ist dabei die Annahme, dass 85% der zugelassenen KFZ E-Mobile sein werden.

Als problematisch sehen die Autoren der Studie eine zunehmende Verknappung des Rohstoffes. Laut U.S. Geological Survey 2013 (USGS) wurden im Jahr 2012 weltweit 17 mio. Tonnen Kupfer mit leicht steigender Tendenz abgebaut. Nach listet der USGS von 2010 weltweite Kupferressourcen von ca. 3 mrd. Tonnen in der Erdkruste und 700 mio. Tonnen in Tiefseemanganvorkommen. Allerdings sind hiervon nur etwa 540 mio. Tonnen (aus der Erdkruste) mit den heute verfügbaren Methoden wirtschaftlich abbaubar.

Abbildung 2: Erzeugernationen Kupfer nach

Die Autoren prognostizieren also, dass die wirtschaftlich abbaubaren Vorkommen in den 30er Jahren aufgebraucht sein werden. Dies führt neben Preissteigerungen zum Einsatz riskanterer Technologien wie dem Abbau von Tiefseemanganknollen, die in einer Tiefe von 4000m bis 5000m auftreten. Da der Meeresboden in dieser Tiefe noch sehr unzureichend erforscht ist, warnt Greenpeace hier vor nicht absehbaren ökologischen Konsequenzen.

Aber auch in Bergbaugebieten an Land sind Berichte über Missachtungen grundlegender Umwelt- und Gesundheitsstandards zu finden, zum Beispiel in afrikanischen Abbaugebieten oder in Chile, dem Land mit der weltweit größten Kupferproduktion .

Video Kupferabbau in Chile

Eine Möglichkeit zur Deckung des steigenden Kupferbedarfs ist eine umfassendere Wiederverwertung des Kupfers. listet 400 mio. Tonnen Kupfer, die weltweit auf Deponien oder in der Umwelt entsorgt wurden. Insbesondere in Nordamerika sehen die Autoren Potenzial, einen deutlich höheren Anteil des Kupferbedarfs durch Recycling zu decken. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Energieaufwand für das Recycling von Kupfer mit 20,5 GJ/t deutlich geringer ist als für Abbau und Aufbereitung von Kupfererz (zusammen 56,8 GJ/t) .

Politische Abhängigkeiten sind bei diesem Rohstoff nicht zu erwarten, weil die globale Versorgung sich auf verschiedene Exportnationen aufteilt.

Seltene Erden

Abbildung 3: Mine bei Bayan Obo in Nordchina, Chinas größte Mine für Seltene Erden.

Unter den Begriff Seltene Erden fallen 17 Metalle, die in der Erdkruste nicht so selten sind, wie der Name vermuten lässt. Tatsächlich treten sie global häufiger auf als beispielsweise die Elemente Kupfer und Blei. Für den Sektor der E-Mobilität ist vor allem das Element Neodym von großer Bedeutung, das aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften in Permanentagneten für Elektromotoren verwendet wird (siehe Antriebe und Zweitverbraucher).

Die Metalle treten in sehr geringer Konzentration auf. Aus diesem Grund müssen sehr große Erdmengen bewegt und gefiltert werden, um ausreichende Mengen seltener Erden zu gewinnen . Wegen höherer Umweltstandards ist es etwa in Europa oder Australien nicht möglich, den Abbau wirtschaftlich rentabel zu betreiben. Eine weitere Schwierigkeit ist, dass die einzelnen Elemente wegen ihrer ähnlichen Eigenschaften nur sehr schwer voneinander getrennt werden können . Bei dieser Trennung fallen schwermetallhaltige Säuren und radioaktive Isotope (insbesondere Thorium) an . Diese werden in einigen Abbaugebieten in offenen Teichen gelagert, was zu massiven Belastungen der unmittelbaren Umwelt und der Anwohnenden führt.

Laut wird auch der Bedarf an Neodym für Permanentmagnete (in E-Mobilen und Windkraftanlagen) in den nächsten 20 Jahren deutlich ansteigen. Dies führt zu einer zunehmenden ökonomischen und politischen Abhängigkeit vom Hauptproduzenten China. Abbildung 4 zeigt die Produzentenverteilung im Jahr 2012 laut USGS . Diese Quelle beziffert den chinesischen Marktanteil auf etwa 87%. Die überwiegende Mehrzahl von Veröffentlichungen und Presse-Artikeln postuliert gar einen Marktanteil von 97% (u.a. ), allerdings ist keine detaillierte Aufschlüsselung zu finden, die diese Zahl rechtfertigt.

Abbildung 4: Erzeugernationen Seltene Erden

Betrachtet man die politische Presse der letzten drei Jahre, finden sich bereits diverse Artikel, die auf diplomatische Konflikte zwischen europäischen oder nordamerikanischen Staaten und China hinweisen , , . Diese Konflikte beruhen auf dem zunehmenden Bedarf an seltenen Erden. Es ist anzunehmen, dass die Konflikte weiter zunehmen werden, da die chinesische Regierung zunehmend verarbeitete Produkte anstelle von Rohstoffen exportiert. Dadurch wird auch der Bedarf der chinesischen Industrie an seltenen Erden steigen.

Als Lösungsweg für den steigenden Bedarf und die sinkende Verfügbarkeit empfiehlt Kuchta die Entwicklung von Recycling-Verfahren für Neodym und andere seltene Erden. Greenpeace berichtet, dass zahlreiche Wissenschaftler in europäischen und amerikanischen Ländern an umweltschonenderen Verfahren zum Abbau von seltenen Erden forschen.

Video über Seltene Erden

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Weiterführende Informationen und Weblinks

Video Kupferabbau in Chile:

http://www.youtube.com/watch?v=uSQ3DneUi54

Video über Seltene Erden:

http://www.youtube.com/watch?v=yDlkgtl32Xg

Einzelnachweise

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