Der weltweite Übergang zu grünen Technologien hat die Nachfrage nach Lithium dramatisch erhöht. Dieses wichtige Mineral, das reichlich vorhanden, aber ungleichmäßig verteilt ist, ist für die Energiespeicherung und die Elektrifizierung des Verkehrs von entscheidender Bedeutung. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur könnte der Bedarf an Lithium bis 2040 auf Das 42-fache des Niveaus von 2020.
Lithium-Ionen-Batterien werden zum Antrieb von Elektrofahrzeugen und zur Speicherung erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne verwendet. Im Jahr 2023 wird die Nachfrage nach Batterien steigen 750 GWh überschrittenein Plus von 40 Prozent gegenüber 2022. Aufgrund ihrer hohe EnergiedichteDank ihrer langen Zyklenlebensdauer und effizienten Entladekapazität sind diese Batterien zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Energiespeicherung und Elektromobilität geworden.
Bis 2040 über zwei Drittel der Personenkraftwagen werden elektrisch sein. Auch Lithium-Ionen-Akkus sind von entscheidender Bedeutung Netzspeicher Systeme, die die Netzzuverlässigkeit durch den Ausgleich von Energieein- und -ausgängen gewährleisten.
Ihre Effizienz und ihr geringes Gewicht machen sie auch für tragbare Elektronikgeräte wie Smartphones von entscheidender Bedeutung – allein im Jahr 2022 rund 1,39 Milliarden Smartphonesgrößtenteils mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben, wurden weltweit verkauft.
Allerdings stellt ein Missverhältnis zwischen Nachfrage und Angebot, insbesondere bei den zur Herstellung dieser Batterien verwendeten Komponenten, diese exponentiell wachsenden Märkte vor mehrere Herausforderungen.
Zu den wichtigsten Märkten für Elektrofahrzeuge – und damit auch für Lithium-Ionen-Batterien – gehören die USA, Europa und China. Indien ist eines davon größten Importeure von Lithium-Ionen-Batterien und die Marktgröße für Lithium-Ionen-Batterien beträgt geschätzt Im Jahr 2024 sollen es 4,71 Milliarden US-Dollar sein. Bis 2029 sollen es 13,11 Milliarden US-Dollar sein.
Das Problem liegt in einem überwältigendes Vertrauen auf China bei der Raffinierung und Produktion von Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien, was eine erhebliche Herausforderung für die Nachhaltigkeitsziele mehrerer Länder darstellt.
Herausforderungen in der Lithium-Lieferkette
Die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien beruht auf a komplexe globale Lieferkette. Dies beginnt damit, dass Bergbauunternehmen das Mineral abbauen und es vor Ort zu Rohstoffen in Batteriequalität verarbeiten. Rohstoffe enthalten typischerweise Lithium, Kobalt, Mangan, Nickel und Graphit.
Hersteller kaufen diese Rohstoffe und verwenden sie zur Herstellung aktiver Kathoden- und Anodenbatteriematerialien. Diese Aktivmaterialien werden dann von Händlern aufgekauft und an Firmen verkauft, die Batteriezellen produzieren.
Batteriehersteller bauen die Batteriezellen zu Modulen zusammen, verpacken und verkaufen sie dann an Abnehmer wie Autohersteller, die die fertigen Batterien in Elektrofahrzeuge einbauen.
Das Problem beginnt bei der Verfügbarkeit des Hauptrohstoffs Lithium, seiner Verarbeitung und Raffinierung und schließlich der Produktion aktiver Materialien. Fast 80 Prozent der bekannten Lithiumvorkommen befinden sich in vier Ländern – dem südamerikanischen Lithium-Dreieck aus Argentinien, Bolivien und Chile sowie Australien. Der Markt wird jedoch von China dominiert – einem Land mit geringen eigenen Reserven.
Obwohl China über weniger als 7 Prozent der Reserven verfügt, ist es das der größte der Welt Importeur, Raffinierer und Verbraucher von Lithium. 60 Prozent der weltweiten Lithiumprodukte und 75 Prozent aller Lithium-Ionen-Batterien sind es in China produziert. Dies befeuert vor allem den chinesischen Markt für Elektrofahrzeuge. Das sind 60 Prozent der weltweiten Gesamtmenge.
Obwohl die USA, Europa und Indien mit der Produktion von Lithium-Ionen-Batteriesätzen begonnen haben, konzentriert sich die Produktion der wichtigsten Komponenten der Wertschöpfungskette von Lithium-Ionen-Batterien – aktive Kathoden- und Anodenmaterialien – weiterhin auf China. Abhängig von der Chemie der Lithium-Ionen-Zellen würde das Kathodenaktivmaterial 35–55 Prozent der Zelle ausmachen, und das Anodenaktivmaterial würde 14–20 Prozent ausmachen. Länder, die die Versorgung mit Lithium-Ionen-Batterien ausbauen wollen, müssten sich auf die Produktion dieser Komponenten konzentrieren.
Heute repräsentiert China fast 90 Prozent der weltweiten Produktionskapazität für aktives Kathodenmaterial und über 97 Prozent der Produktionskapazität für aktives Anodenmaterial. Die verbleibenden Lücken in der Produktionskapazität werden von Südkorea und Japan geschlossen.
Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um eine nachhaltigere, kostengünstigere und energiedichtere Chemie der Lithium-Ionen-Zelle zu entwickeln. Zum Beispiel gibt es die NMC-Batteriezelle, bei der das aktive Kathodenmaterial aus einer Kombination von Nickel, Mangan und Kobalt besteht. Nickel erhöht die Energiedichte, und Mangan und Kobalt werden zur Verbesserung der thermischen Stabilität und Sicherheit verwendet. Dann gibt es noch die NCA-Zelle oder Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Zelle, bei der Mangan durch Aluminium ersetzt wird, um die Stabilität zu erhöhen. Eine der begehrtesten Technologien der Zellchemie ist Lithiumkobaltoxid. Mit seine hohe spezifische Energie und lange LaufzeitenEs gilt als ideal für Smartphones, Tablets, Laptops und Kameras.
Der Star der Zellchemie ist jedoch die LFP – Lithium-Eisenphosphat-Batterie. Aufgrund ihrer thermischen Stabilität sind LFP-Batterien sicherer und haben eine längere Lebensdauer. Besonders geeignet für netzunabhängige Solaranlagen und Elektrofahrzeuge. Sie funktionieren auch unter Hochtemperaturbedingungen gut und sind aufgrund des Verzichts auf umweltfreundlich Kobalt.
Heute hat sich LFP von einem kleinen Anteil an der Batterieherstellung zum aufstrebenden Star der Batterieindustrie entwickelt. LFP-Batteriezellen versorgen mit Strom über 40 Prozent der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen weltweit im Jahr 2023. Das ist mehr als das Doppelte des Anteils von 2020.
Es werden auch Anstrengungen unternommen, den Mangangehalt sowohl von NMC als auch von LFP zu erhöhen. Dies wird getan Steigerung der Energiedichte Gleichzeitig bleiben die Kosten für LFP-Batterien niedrig und die Kosten werden gesenkt, während die hohe Energiedichte für NMC-Zellen erhalten bleibt.
Steigerung der Inlandsproduktion
Eine Alternative zur kostengünstigen Energiespeicherung und zur Verringerung der Abhängigkeit von kritischen Mineralien wie Lithium ist Natrium-Ionen-Batterien. Obwohl diese Batterien immer noch einige wichtige Mineralien wie Nickel und Mangan benötigen, verringern sie die Abhängigkeit von Lithium. Natrium-Ionen-Batterien wurden ebenso wie LFP zunächst in den USA und Europa entwickelt.
Aber auch hier hat China die Führung übernommen – es ist Produktionskapazität wird auf etwa zehnmal höher geschätzt als im Rest der Welt zusammen.
Die Rohstoffpreise sind ein wichtiger Faktor bei der Ersetzung von Lithiumbatterien durch Natriumionenbatterien. Derzeit sind die Preise niedrig und schrecken vor Investitionen ab Verzögerung von Expansionsplänen.
Hinzu kommen Engpässe in der Lieferkette, beispielsweise bei hochwertigen Kathoden- und Anodenmaterialien, die zur Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien benötigt werden. Bis diese Probleme gelöst sind, müssen die Länder eigene Kapazitäten aufbauen, um ihre Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zu steigern.
A wenige Unternehmen in Indien haben ihre Fertigungsprojekte mit begonnen Unterstützung durch die Regierungund viele andere planen dies. Der Erfolg dieser und anderer auf der ganzen Welt wird jedoch von der Lokalisierung von Komponenten der Lithium-Ionen-Wertschöpfungskette wie den aktiven Kathoden- und Anodenmaterialien, dem Separator und den Elektrolyten abhängen.
Separatoren funktionieren Trennung von Anode und Kathode aktive Materialien zur Verhinderung eines Kurzschlusses; Sie tragen auch zur Gesamtfunktion der Zelle bei, einschließlich ihrer thermischen Stabilität und Sicherheit.
Ein paar Indische Unternehmen bereiten sich nun darauf vor, aktive Materialien für Lithium-Ionen-Kathoden und -Anoden sowie Separatoren für die heimische und globale Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Sie haben auch die Technologie zur Herstellung aktiver Rohstoffe für Batterien auf Natriumionen- und Aluminiumbasis entwickelt.
Solche Innovationen werden für die Energiewendeziele von Ländern wie Indien, die derzeit stark auf den Import von Rohstoffen für Batterien angewiesen sind, von entscheidender Bedeutung sein.
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