Die Rolle von Lithium

Die Energiespeicherung ist sowohl für die effektive Integration erneuerbarer Energiesysteme in das Stromnetz als auch für die Beschleunigung der Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) von entscheidender Bedeutung. In diesem Kurzbericht werden die technologischen Trends bei Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) erörtert und der Energiespeicherbedarf des indischen Energie- und Transportsektors bewertet. Es befasst sich mit der geografischen Verteilung von Lithium und Kobalt an Onshore- und Offshore-Standorten auf der ganzen Welt. und untersucht das Wachstum der Recyclingkapazitäten für Lithiumbatterien und die Bemühungen der Länder, die Rohstofflieferkette für Lithiumbatterien zu sichern. Die Studie geht davon aus, dass für eine grüne Transformation im Energie- und Transportsektor Indiens 122 Kilotonnen Lithium, umfangreiche Investitionen in die Batterieforschung, Massenfertigungskapazitäten, ausländische Kooperationen, Recyclinganlagen für ökologische Nachhaltigkeit und der Kauf von Lithiumanlagen im Ausland erforderlich sein werden.

Namensnennung:Vedachalam Narayanaswamy, „Die Rolle der Lithium-basierten Energiespeicherung bei Indiens Klimazielen“, ORF Issue Brief Nr. 642, Mai 2023, Observer Research Foundation.

Die weltweiten Investitionen in saubere Energietechnologien belaufen sich bisher auf 2,6 Billionen US-Dollar.[1] Auf mehreren globalen Konferenzen in den letzten drei Jahrzehnten haben sich Länder Mindestverpflichtungen zur Reduzierung ihres CO2-Fußabdrucks und zur Gewährleistung größerer Transparenz und Rechenschaftspflicht bei ihrer Energieerzeugung und -nutzung gesetzt. Indien hat sich verpflichtet, seine kumulierte Stromerzeugungskapazität, die nicht auf fossilen Brennstoffen basiert, bis 2030 auf 50 Prozent zu erhöhen, die Emissionsintensität um 35 Prozent gegenüber dem Niveau von 2005 zu reduzieren und bis 2070 CO2-neutral zu werden.[2]

Die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien und der frühzeitige Übergang zur Elektromobilität werden dazu beitragen, diese Ziele zu erreichen und Indiens Kosten für Kohlenwasserstoffimporte zu senken. Es wird erwartet, dass Lithiumbatterien im nächsten Jahrzehnt eine bedeutende Rolle beim Aufbau von Energiespeichersystemen (ESS) in den Bereichen Energie und Transport spielen werden.

In diesem Brief werden die wichtigsten Anforderungen für die Verwirklichung eines grünen Wandels im Energie- und Mobilitätssektor Indiens erörtert. Der Autor nutzte die Modellierungs- und Simulationssoftware India Energy Security Scenario 2047 (IESS 2047)[a], um Prognosen zu erstellen.

Der erste kommerzielle Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) wurde 1985 entwickelt und die Technologie hat sich seitdem weiterentwickelt. Zu seinen Vorteilen gehören eine überlegene Energiedichte (von 75–200 Wattstunden pro Kilogramm)[b] und spezifische Dichte (von 150–315 Wattstunden pro Liter), Zyklenstabilität, Effizienz und Zuverlässigkeit. Li-Ion-Batterietechnologien haben einen großen Anteil an tragbaren Elektronikgeräten, erneuerbaren Energien, intelligenten Stromnetzen, Elektrotransportmitteln einschließlich Straßenfahrzeugen und grünen/hybriden Schiffen sowie Anwendungen in der Luft-, Raum- und Unterwasserwelt.

Der Reifegrad des Li-Ion-basierten ESS im Vergleich zu anderen Technologien ist in Abb. 1 dargestellt.[3] Li-Ion-Zellen verwenden Lithium-Übergangsmetalloxide als Kathodenelektrode (negativ), Graphit als Anodenelektrode (positiv) und nichtwässrige kohlensäurehaltige Flüssigkeiten als Elektrolyt. Das Laden und Entladen der Zelle erfolgt durch Interkalation und Deinterkalation der Lithiumionen. Während des Ladevorgangs werden Lithiumionen über den Elektrolyten von der Kathode zur Anode übertragen. Die Leistung von Lithiumzellen variiert je nach verwendeter Elektrodenchemie erheblich.

Abb.1. Technologische Reife von Energiespeichersystemen

Die Verwendung von festen Polymeren als Elektrolyt und lithiiertem[c] Kohlenstoff hat die Sicherheit von Li-Ion-Zellen erheblich verbessert. Die Hauptmerkmale ausgereifter Lithium-basierter Zelltechnologien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Insbesondere LFP und LTO senken die Kosten und erhöhen die Sicherheit. Die Kosten/kWh basieren auf der Schätzung des US-Energieministeriums für 2022 auf Basis der nutzbaren Energie für eine Produktion im Maßstab von mindestens 100.000 Einheiten/Jahr. Durch die Senkung des Kobaltgehalts in der Zusammensetzung von Kathoden werden die Kosten gesenkt und die Energiedichte in Kombination mit anderen Anodentechnologien erhöht. Zukünftige Lithium-Metall-Kathoden sollen in Kombination mit Anoden aus Silizium-Verbundwerkstoffen die Leistung verbessern, ohne auf Kobalt angewiesen zu sein. Auch die Forschung an Li-Luft- und Li-Schwefel-Batterien schreitet schnell voran, ihr Technologiereifegrad ist jedoch noch weit entfernt. Sie werden möglicherweise nicht vor 2030 im Handel erhältlich sein.[5]

Tabelle 1. Vergleichsmerkmale von Lithium-basierten ESSs

Im Energiesektor sind ESS für die effektive Bewältigung von Nachfrageverschiebungen, Spitzenreduzierungen, Frequenzregulierung, Spannungsunterstützung und Integration erneuerbarer Ressourcen erforderlich (siehe Abb. 2).[7]

Abb. 2. Energiespeichertechnologien nach Anwendung

Die Kapazitäten der weltweit installierten ESS (ohne Pumpspeicherkraftwerke) sind in Tabelle 2 aufgeführt. Am weitesten verbreitet sind ESS auf elektrochemischer Basis. An der Spitze der Liste stehen die Vereinigten Staaten mit einer kumulierten installierten Leistung von rund 600 MW, verteilt auf 292 Projekte, gefolgt von Südkorea, Japan und Deutschland mit jeweils 300, 250 und 120 MW.[8] Abb. 3 zeigt den Anteil unterschiedlicher Batteriechemien, die in solchen Speichern verwendet werden, je nach Leistung und Dauer.

Tabelle 2. Vergleichsmerkmale von Li-basierten ESS

Weltweit beträgt der Anteil von Natrium-Schwefel-Batterien (Na-S) unter elektrochemischen ESSs 59 Prozent, Li-Ion 21 Prozent, Blei-Säure 13 Prozent, Nickel-Cadmium (Ni-Cd) 5 Prozent Redox-Flow-Chemie (Reduktion-Oxidation) 2 Prozent. Sie variiert von Land zu Land und hängt von der Art der Nachfrage und Stabilitätsanforderungen ihres Stromsystems, der inländischen Verfügbarkeit von Batterierohstoffen und den vorherrschenden Richtlinien ab. In China liegt der Einsatz von Li-Ion-, Blei-Säure- und Redox-Flow-Batterien bei 74 Prozent, 17 Prozent bzw. 9 Prozent; In Japan werden Na-S-, Li-Ion-, Durchfluss- und Blei-Säure-Batterien mit einem Anteil von 48 Prozent, 38 Prozent, 8 Prozent bzw. 4 Prozent verwendet. Na-S-Batterien dominieren weltweit, auch in Japan.[10]

Abb. 3. Anteil elektrochemischer ESS im Energiesektor

Im Energiesektor Indiens werden rund 11 Prozent der ESS als Backup für erneuerbare Energien verwendet,[d] 16 Prozent für das Stromqualitätsmanagement und die restlichen 73 Prozent zur Überwindung von Stromausfällen und -ausfällen. Das Softwaretool „India Energy Security Scenario (IESS) 2047, Modelling and Simulations“[11] wurde verwendet, um vorherzusagen, dass die kumulierte installierte Kapazität erneuerbarer Energien von rund 119 GW im Jahr ansteigen wird, wenn entschlossene Anstrengungen unternommen werden 2022 auf 175 GW im Jahr 2030.

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien, die etwa 10.000 verteilte Mini- und Mikronetze (nicht an das Hauptstromnetz angeschlossen) umfassen wird, wird deutlich mehr Speicherkapazität erfordern. Dieser wird auf etwa 55 GW für den Energiebedarf und weitere 45 GW für den Strombedarf geschätzt. Die Simulationsergebnisse, die das Energiespeicherportfolio, kategorisiert in Pumpspeicherkraftwerke, elektrochemische und andere Technologien, in Fünfjahresintervallen bis zum Jahr 2047 angeben, sind in Abb. 4 dargestellt. Nach diesen Berechnungen sind die Gesamtinvestitionen in elektrochemische basierte ESS werden ab 2037 die Zahl der Pumpspeicherkraftwerke übertreffen.

Abb. 4. ESS-Portfolio bis 2047

Der Kapitalkostenbedarf für elektrochemische ESS-Projekte wurde auf der Grundlage des mithilfe von IESS 2047-Simulationen vorhergesagten Bedarfs an installierter Erzeugungskapazität und des vom Weltenergierat bereitgestellten Kapitalkostenmodells für verschiedene Batteriechemien berechnet.[12] Es wird erwartet, dass die Kosten aller elektrochemischen Batterien, sei es Redox-Flow-Batterien, Na-S-Batterien, Blei-Säure-Batterien oder Li-Ionen-Batterien, im Laufe des Jahrzehnts sinken werden (siehe Abb. 5).

Abb. 5. Kapitalkosten für Batterien (2020 und 2030)

Wenn zur Deckung des ESS-Bedarfs ausschließlich elektrochemische Batterien verwendet werden, sind die bis 2030 erforderlichen Gesamtinvestitionen für jeden Batterietyp in Abb. 6 dargestellt. Blei-Säure-Batterien sind am günstigsten, weisen jedoch eine geringe Effizienz und Energiedichte auf. Li-Ion dürfte am kostengünstigsten sein.

Abb. 6. Vergleich der kumulierten Kapitalkosten für ESS und verschiedene Batteriechemien

Die Vorteile von Elektrofahrzeugen (EVs) liegen auf der Hand: keine Abgasemissionen, geringere Gesamtemissionen, erhöhte Energiesicherheit und höhere Zuverlässigkeit.[f] Die Internationale Energieagentur (IEA) hat außerdem festgestellt, dass die Herstellung von Elektrofahrzeugen zu etwa 50- Prozent weniger Emissionen als Benzinfahrzeuge und 40 Prozent weniger als Dieselfahrzeuge.[13] Die Unterstützung für Elektrofahrzeuge sowohl seitens politischer Entscheidungsträger als auch der Automobilindustrie nimmt stetig zu, da Regierungen emissionsfreie Fahrzeuge vorschreiben, strenge Standards für den Kraftstoffverbrauch einführen und steuerliche Anreize (in einigen Ländern bis zu 40 Prozent) für Elektrofahrzeuge bieten. Die IEA prognostiziert, dass der Batteriebedarf von Elektrofahrzeugen zwischen 2020 und 2040 um das Vierzigfache steigen wird.[14] Weltweit wurden im Jahr 2020 durch den Einsatz von Elektrofahrzeugen anstelle von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor die Emissionen um rund 30 Millionen Tonnen Kohlendioxid (MtCO2) gesenkt.

Tabelle 3. Elektrofahrzeug- und Ladeinfrastruktur, 2021

Bis zum Jahr 2030 wird der prognostizierte Anteil von Elektrofahrzeugen an der gesamten Fahrzeugflotte Chinas 50 Prozent, Japans 37 Prozent, 30 Prozent in den USA, 30 Prozent in Kanada und 29 Prozent in Indien betragen, wenn die aktuelle Elektropolitik fortgesetzt wird. Der weltweite Durchschnitt liegt bei rund 22 Prozent.

Die IEA veröffentlicht jedes Jahr einen „World Energy Outlook“, in dem sie die Auswirkungen neuer Energiepolitiken der Regierungen analysiert, ein „New Policies Scenario“ (NPS) des Energieverbrauchs. In der ersten Spalte in Tabelle 4 sind die globalen Prognosen für leichte Elektrofahrzeuge (d. h. Elektro-Pkw) bis 2030 aufgeführt, die im Bericht von 2022 gemacht wurden. Außerdem gibt es eine globale Kampagne „[email protected]“, die darauf abzielt, den Elektrofahrzeugabsatz bis 2030 auf 30 Prozent des weltweiten Fahrzeugabsatzes zu steigern. Die entsprechenden Zielzahlen finden Sie in der zweiten Spalte.[16]

Tabelle 4. Prognose der Verbreitung und Vorteile von Elektrofahrzeugen

In einem Bericht der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wurde festgestellt, dass 14 der 20 am stärksten verschmutzten Städte der Welt in Indien liegen, was die Einführung von Elektrofahrzeugen für das Land umso dringlicher macht. Der National Electric Mobility Mission Plan (NEMMP) 2020, die schnellere Einführung und Herstellung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen (FAME) (in zwei Phasen, FAME I (2015–19) und FAME II (2019–2024)) und der National E -Mobilitätsprogramm sind alle Bemühungen, bis 2030 eine 30-prozentige Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu erreichen.[17]

Tabelle 5: Hauptmerkmale von FAME

Tabelle 6. Voraussichtliche Nutzung von Elektrofahrzeugen in Indien bis 2030

Eine Reihe von Bundesstaaten und Unionsterritorien haben ebenfalls ihre eigenen Richtlinien für Elektrofahrzeuge formuliert.

Tabelle 7. Strategien ausgewählter Staaten/UTs zur Förderung der Einführung von Elektrofahrzeugen

Die größten Herausforderungen bei der Einführung von Elektrofahrzeugen sind die höheren Fahrzeugkosten, mangelndes Know-how in der Batterietechnologie, höhere Batterieimportkosten, eine geringere lokale Verfügbarkeit von Batterierohstoffen und die möglichen Auswirkungen der Batterieladeinfrastruktur auf die Stromnachfrage. Von entscheidender Bedeutung ist vor allem die flächendeckende Bereitstellung der Ladeinfrastruktur; Es wird erwartet, dass dies in den nächsten 10 Jahren der Fall sein wird und die Gesamtbetriebskosten (TCO) eines Elektrofahrzeugs oder eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor auf dem gleichen Niveau liegen werden. Weltweit finden bereits heute 33 Prozent aller Elektroautoverkäufe in nur 14 Städten statt, in denen eine Ladeinfrastruktur eingerichtet ist.

Ein wichtiger Treiber des nationalen E-Mobilitätsprogramms Indiens ist das FAME-Programm. Die zweite Phase, die im April 2019 begann, konzentriert sich auf die Ladeinfrastruktur und stellt 135 Millionen US-Dollar für die Einrichtung von 2.636 Ladestationen in 62 Städten in 24 Bundesstaaten und UTs bereit. In FAME I waren Ladestationen auf Megastädte und Nationalstraßen beschränkt, mit nur einer öffentlichen Ladestation pro 3×3 km Raster oder 100 km auf Nationalstraßen.

Viele indische Bundesstaaten ergänzen die Bemühungen des Zentrums auch durch Richtlinien zur Erfüllung lokaler Gebührenanforderungen. Der GST-Rat (der die Steuerpolitik für Waren und Dienstleistungen regelt) hat die GST für Ladestationen von 18 auf 5 Prozent gesenkt.[18] Bis Anfang 2023 wurden im Rahmen der FAME-Initiative von der Regierung Anreize im Wert von 32 Millionen US-Dollar bereitgestellt, die zum Verkauf von 1,6 Millionen Elektrofahrzeugen führten (fast 1 Prozent des indischen Fahrzeugbestands). Bisher sind 1.447 Elektrobusse im Einsatz, 532 Ladestationen wurden eingerichtet. Schätzungen zufolge wurden dadurch bereits 200.000 Tonnen Treibstoff eingespart und der Kohlendioxidausstoß (CO2) um 400.000 Tonnen reduziert.

Abb.7. Wachstum der netzbasierten Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Anhand von IESS 2047-Simulationen zeigt sich, dass die netzgestützte Ladeinfrastruktur bis 2030 etwa 10 Prozent der Straßenfahrzeuge unterstützen wird (Energieverbrauch rund 140 TWh) und bis 2047 etwa 33 Prozent (Energieverbrauch 280 TWh). Der Rest der Elektrofahrzeuge soll über eigenständige Systeme oder auf Basis von Batteriewechseleinrichtungen aufgeladen werden. Es wird bis 2030 zu Einsparungen bei den Rohölimporten in Höhe von 150 Milliarden US-Dollar und bis 2047 in Höhe von 530 Milliarden US-Dollar führen. Darüber hinaus werden die CO2-Emissionen des Straßentransportsektors bis 2030 um insgesamt 1 Gigatonne (1 Milliarde Tonnen) und bis 2047 um 5,5 Gt reduziert (siehe). Abb.7).[19]

Der aktuelle Anteil der ESS in Indien in verschiedenen Sektoren und der prognostizierte Anteil im Jahr 2032 sind in Tabelle 8 dargestellt.

Tabelle 8. ESS-Anforderungen (2023 und 2032)

Derzeit beträgt die gesamte weltweite Produktionskapazität für Lithiumbatterien etwa 8 GWh/Jahr; Mit der Inbetriebnahme von Fabriken nach 2025 wird eine Steigerung auf 35 GWh/Jahr erwartet. Dies erfordert Investitionen von bis zu 125 Milliarden US-Dollar, einschließlich der Errichtung von 30 großen Batteriefabriken mit einer Gesamtkapazität von 3,5 TWh bis 2030. „Groß“ ist das entscheidende Wort, da Skaleneffekte eine Schlüsselrolle bei der Senkung der Lithiumkosten spielen Batterieproduktion. Eine offizielle Studie ergab, dass die Errichtung einer Li-Ion-Batterieanlage mit einer Kapazität von 5 GWh/Jahr 148 US-Dollar/kWh kosten würde (Gesamtkosten 5 Milliarden US-Dollar), für eine Anlage mit 200 GWh Kapazität jedoch nur 84 US-Dollar/kWh. Der Lithiumbedarf Indiens bis 2030 wird auf etwa 0,2 kg/kWh oder 122 Kilotonnen geschätzt, um insgesamt 609 GWh (391,6 GWh für Mobilität und 218 GWh für Strom) Energie zu erzeugen (Tabelle 6).[21]

Etwa die Hälfte der weltweiten Lithium- und Kupferproduktion konzentriert sich derzeit auf Gebiete mit hoher Wasserknappheit. Der Lithiumabbau beeinträchtigt die Wasserressourcen und den Schutz von Feuchtgebieten. Für die Gewinnung einer Tonne Lithium werden rund 2.000 Tonnen Wasser benötigt. Auch beim Abbau von Lithium – und vielen anderen strategischen und seltenen Metallen – können giftige Nebenprodukte freigesetzt werden. Darüber hinaus bergen verbrauchte Lithiumbatterien, wenn sie unbehandelt bleiben, Gesundheits- und Umweltrisiken. Daher ist das Recycling von Li-Ion-Batterien von entscheidender Bedeutung.[22] Recycling erspart nicht nur die Notwendigkeit einer Entsorgung, sondern reduziert auch den Bedarf an Rohstoffen für neue Batterien. Bis 2030 müssen über 11 Millionen Tonnen verbrauchter Li-Ion-Batterien recycelt werden, es gibt jedoch relativ wenige Recyclinganlagen mit einer Kapazität von lediglich etwa 325.000 Tonnen pro Jahr.[23]

Tabelle 9. Recyclinganlagen für Li-Ionen-Batterien (bestehend und geplant)

An klaren Richtlinien für die Sammlung, Lagerung, den Transport und das Recycling verbrauchter Li-Ion-Batterien wird noch gearbeitet. Schätzungen zufolge werden bis 2025 9 Prozent der insgesamt verwendeten Lithiumbatterien – sowie 20 Prozent der Kobaltbatterien – recycelt. Ein Bericht des Beratungsunternehmens JMK Research and Analytics stellt fest, dass der indische Markt für das Recycling von Li-Ion-Batterien exponentiell wachsen wird, von etwa 3 GWh im Jahr 2020 auf etwa 800 GWh im Jahr 2030, was das Recycling zu einer Chance von 1 Milliarde US-Dollar macht.

Rohstoffe machen 40 Prozent der Kosten einer Batterie aus, Herstellung und Verpackung kosten jeweils 30 Prozent. Das New Policies Scenario (NPS) geht davon aus, dass Li-Ion-Batterien in naher Zukunft hauptsächlich aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC) bestehen werden, wobei der Typ NMC 622 40 Prozent und der Typ NMC 811 50 Prozent ausmachen werden , während die restlichen 10 Prozent aus Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterien (NCA) bestehen werden. Daher werden Li-Ion-Batterien neben Lithium auch große Mengen an Kobalt, Mangan, Aluminium und Nickel benötigen. Der weltweite Bedarf daran wird bis 2030 wie folgt geschätzt: Kobalt 170 Kilotonnen pro Jahr, Mangan 105 kt pro Jahr und Nickel 850 kt pro Jahr. Die Lithiumschätzung liegt bei 155 kt pro Jahr. Wie zugänglich sind diese?

Die weltweite Gewinnung von Nickel beträgt rund 2.000 kt pro Jahr und wird hauptsächlich zur Herstellung von hochwertigem Stahl verwendet. Nur ein kleiner Teil davon wird für Batterien verwendet. Was Kobalt und Lithium betrifft, so stammten im Jahr 2020 etwa 6 Prozent bzw. 9 Prozent ihres Gesamtbedarfs aus der Elektrofahrzeugindustrie. Ihre Preise betragen derzeit: Mangan 3.000 US-Dollar pro Tonne, Nickel 20.000 US-Dollar pro Tonne, Lithium 30.000 US-Dollar pro Tonne und Kobalt 50.000 US-Dollar pro Tonne. Die Spotpreise für Kobalt und Lithium sind in den letzten vier Jahren um das 2,5- bis 4-fache gestiegen (Abb. 8),[26] hauptsächlich aufgrund spekulativer Bevorratung und strategischer Beschaffung. Dies wiederum hat die Batteriepreise in die Höhe getrieben. Der Kobaltpreis schwankte in den Jahren 2016 bis 2019 aufgrund der politischen Instabilität in der Demokratischen Republik Kongo (DRK), die 70 Prozent der weltweiten Nachfrage deckt, zwischen 40.000 und 90.000 US-Dollar pro Tonne.

Abb. 8. Preisanstieg bei Batteriemetall und Einfluss auf den Batteriepreis

Aufgrund seiner wachsenden wirtschaftlichen Bedeutung wird Lithium auch als „weißes Erdöl“ bezeichnet. Darüber hinaus konzentrieren sich die Lithium-, Kobalt- und Nickelressourcen nur auf wenige Länder, wie Tabelle 10 zeigt. Tabelle 11 listet die drei führenden Mineralverarbeitungsländer für jedes dieser Metalle auf. Die Lithiumproduktion stieg von 28.000 Tonnen im Jahr 2010 auf 95.000 Tonnen im Jahr 2020.[28]

Tabelle 10. Top-Mineralproduktionsländer

Tabelle 11. Top-Mineralverarbeitungsländer

Die geografische Verteilung von Kobalt ist in Abb. 9 dargestellt. Die Demokratische Republik Kongo beherbergt etwa die Hälfte der weltweiten terrestrischen Kobaltressourcen, insgesamt 6,9 Millionen Tonnen. Tiefseeböden beherbergen viel mehr – etwa 120 Millionen Tonnen Kobaltvorkommen –, aber fast alles davon ist noch ungenutzt.

Abb. 9. Geografische Verteilung von Kobalt in terrestrischen Regionen

Die geografische Verteilung der Li-Ion-Batterie-Lieferkette ist in Abb. 10 dargestellt, mit Einzelheiten darüber, wo Lithium abgebaut wird, wo es verarbeitet wird und wo die meisten Zellen und Elektrofahrzeuge hergestellt werden. China ist der fünftgrößte Lithiumproduzent weltweit, aber chinesische Unternehmen kontrollieren die Hälfte der weltweiten Lithiumproduktion und 70 Prozent der Li-Ion-Batterieproduktion.

Abb. 10. Geografische Verteilung der globalen Lieferkette für Elektrofahrzeugbatterien

Wo steht Indien? Indien verfügt nach Simbabwe über die größten Manganerzreserven der Welt. Die geschätzten Manganerzreserven belaufen sich auf 406 Millionen Tonnen, von denen 104 Millionen Tonnen nachgewiesen, 135 wahrscheinlich und 167 potenziell sind. Es verfügt über 189 Millionen Tonnen Nickel, 93 Prozent davon befinden sich in einem Bundesstaat, Odisha. Die Lithiumressourcen werden auf rund 1.600 Tonnen geschätzt. In mehreren Bundesstaaten sind Explorationsarbeiten zur Gewinnung von Lithium im Gange, beispielsweise in den Solebecken von Rajasthan und Gujarat, in den Glimmergürteln von Odisha und Chhattisgarh sowie in der Mandya-Region von Karnataka. Das Bergbauministerium hat ein Joint Venture aus drei Unternehmen gegründet, um Khanij Bidesh India Ltd (KABIL) zu gründen. Ziel des Unternehmens ist der Erwerb und die Entwicklung strategischer Mineralvorkommen im Ausland, insbesondere Lithium und Kobalt, bei Letzterem verfügt Indien über keine Vorkommen alle. Im Februar 2023 gab Indien die Entdeckung eines Lithiumvorkommens von 5,9 Millionen Tonnen im Distrikt Reasi in Jammu und Kaschmir bekannt.

Zu den Unterwasser-Mineralressourcen (blau) gehören polymetallische Sulfide (die oft Kupfer enthalten) am Meeresboden rund um hydrothermale Quellen,[h] kobaltreiche Krusten auf Seebergen[i] und polymetallische Manganknollen in Tiefseeebenen.[j] Mögliche Standorte für den Kobaltkrustenabbau sind die Gewässer rund um die ausschließliche Wirtschaftszone der US-amerikanischen Johnston Island, Französisch-Polynesien, die Republik Kiribati, die Föderierten Staaten von Mikronesien und die Marshallinseln, alle im Pazifischen Ozean (Abb. 11). In Teilen des Pazifiks – der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ), dem Penrhyn-Becken, dem Peru-Becken – und im Zentralindischen Ozeanbecken (CIOB) wurden polymetallische Knollenansammlungen entdeckt. Angesichts der Umweltschäden, die ihr Bergbau verursachen kann, müssen jedoch zunächst umweltfreundliche Bergbaumethoden entwickelt werden.[31]

Abb. 11. Kartierung der wichtigsten marinen Mineralvorkommen

Die Internationale Meeresbodenbehörde der Vereinten Nationen hat 27 Verträge mit verschiedenen Ländern zur Mineralienexploration und zur Entwicklung von Regeln für den kommerziellen Bergbau abgeschlossen, die eine Fläche von mehr als 1,4 Millionen Quadratkilometern auf der ganzen Welt abdecken.

Die Wirtschaftlichkeit der Offshore-Mineralgewinnung hängt von der verwendeten Erntetechnologie, dem Gehalt und der Menge der gewonnenen Mineralien sowie den ozeanografischen Bedingungen ab. Technologien zur Charakterisierung des Meeresbodens und raupenbasierte Bergbaumaschinen wurden in Ländern wie Indien, Belgien und Spanien entwickelt, darunter Varaha in Indien, Patania-II in Belgien und Apollo II in Spanien. Die 35 Tonnen schwere Patania-II hat ihre Einsatzfähigkeit in einer Tiefe von 4.500 Metern in der CCZ unter Beweis gestellt, wo sie die Manganknollen aufnahm. Der Apollo-II-Prototyp wurde vor der Küste Südspaniens über mehrere Kilometer geraden und geschwungenen weichen, schlammigen Meeresbodens getestet. Dabei erwies er sich als wirksam, brachte aber auch einige kritische Probleme ans Licht, die weiterer Aufmerksamkeit bedürfen. Belgien soll im Jahr 2024 Patania III starten, das über ein „Riser-and-Lift“-System verfügen wird, um die entnommenen Knollen zu einem Überwasserschiff zu befördern. Das indische Ministerium für Geowissenschaften und das National Institute of Ocean Technology (MoES-NIOT)[33] haben Indiens Bergbaumaschine Varaha in einer Tiefe von 5.270 Metern im CIOB getestet, wo sie effektiv über weiche Sedimente und in tiefem Wasser manövriert wurde. MoES-NIOT erweitert Varaha um einen Brecher und eine Hochleistungspumpe. Das 6000 m tiefe ferngesteuerte Fahrzeug (ROSUB6000) und das 6000 m tiefe autonome Unterwasserfahrzeug Ocean Mineral Explorer (OMe 6000) von MoES-NIOT ermöglichen eine nachhaltige Mineralienexploration in der Tiefsee. Im Rahmen des Deep Ocean Mission-Programms entwickelt Indien derzeit ein bemanntes wissenschaftliches Tauchboot mit einer Tiefe von 6000 m (Matsya6000), um bemannte Tiefseemissionen zu ermöglichen und eine präzise Kartierung der Bodenschätze der Tiefsee durchzuführen.[34]

Nachdem die Bergbaukapazität nachgewiesen ist, wird der Bericht über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) erwartet, den diese Regierungen der Internationalen Meeresbodenbehörde vorlegen werden. Außerdem muss ein umfassender Meeresbodenbergbaukodex für die Meere außerhalb der nationalen Gerichtsbarkeiten entwickelt werden.

Jüngste Bewertungen von Batterietechnologien deuten darauf hin, dass Li-Ion-Batterien im kommenden Jahrzehnt die am häufigsten verwendeten Batterien zur Energiespeicherung sein werden. Um Indiens ehrgeizige Klimaziele zu erreichen, braucht es wirksame Maßnahmen zur verstärkten Nutzung von Energiespeichern, sowohl im Energiesektor als auch in der Elektromobilität. Es braucht Anreize, um die Preislücke zwischen konventionellen Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen zu schließen, mehr Ladestationen zu bauen, eine Standardisierung herbeizuführen und den wirtschaftlichen Wert von Lithiumbatterien durch die Förderung des Recyclings zu maximieren, was auch die ökologische Nachhaltigkeit fördert. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass der Übergang reibungslos verläuft und die Auswirkungen auf Wirtschaft und Beschäftigung minimal sind. Es wurden Investitionen in große Batterieproduktionsanlagen angekündigt, die die Kosten für Batterien senken werden. Sowohl die Suche nach Lithiumressourcen in Indien als auch die gleichzeitige Tätigung strategischer Investitionen in Minen im Ausland sind von entscheidender Bedeutung.

Derzeit beträgt die weltweit installierte Kapazität von Li-Ion-Batterien etwa 500 GWh – 72 Prozent in China, 13 Prozent im übrigen Asien, 9 Prozent in Nordamerika und 6 Prozent in Europa. Bis 2030 wird ein Anstieg auf 3.000 GWh prognostiziert, wobei der Anteil Chinas auf 67 Prozent und der Rest Asiens auf 5 Prozent sinken wird, während der Anteil Europas und Nordamerikas auf 17 Prozent bzw. 11 Prozent steigt. Die geografische Verteilung der globalen Lieferkette für Li-Ion-Batterien und die strategischen Investitionen von Ländern mit hoher Lithiumnachfrage in Bergbaubetriebe werden sich zwangsläufig auf Preise und Wettbewerb auswirken.

Chinas Dominanz in der globalen Lithiumkette ist offensichtlich. Obwohl es nur der fünftgrößte Lithiumproduzent ist, kontrolliert es die Hälfte der weltweiten Lithiumproduktion. Natürlich sind auch andere Nationen hart am Werk. Japan hat rund 1 Milliarde US-Dollar bereitgestellt, um verteilte Batteriespeicher und energieeffiziente Technologien zu subventionieren. Es subventioniert 66 Prozent der Kosten für Haushalte und Unternehmen, die Li-Ion-Batterien installieren. Das Unternehmen hofft, im kommenden Jahrzehnt die Hälfte der weltweiten Batterien produzieren zu können. Das Vereinigte Königreich hat die Faraday Challenge angekündigt, die eine Investition von 0,32 Milliarden US-Dollar in die Batterieforschung beinhaltet. Das US-Energieministerium investiert 8,7 Millionen US-Dollar in die Erforschung kommerziell skalierbarer Herstellungsverfahren für Anoden und Kathoden.

Indien importierte im Zeitraum 2018–2022 Li-Ion-Batterien im Wert von 1,2 Milliarden US-Dollar, was bis 2030 voraussichtlich um rund 50 Prozent steigen wird. Dies muss reduziert werden, und die Regierung hat Gespräche mit führenden Giga-Batterieherstellern aufgenommen Produktionsstätten in Indien aufzubauen. Ein US-Unternehmen investiert 500 Millionen US-Dollar in eine Batteriepack-Produktionsanlage in Gujarat.

Sowohl die Automobil- als auch die Zellhersteller in Indien lernen noch. Es ist von entscheidender Bedeutung, Indiens Batterieportfolio zu diversifizieren, insbesondere da das einheimische Angebot an Lithium und Kobalt derzeit vernachlässigbar ist. Sowohl die Regierung als auch der Privatsektor müssen in die Forschung zu alternativen Batterietechnologien wie Natrium-Ionen investieren, wenn Indien sein Ziel erreichen will, bis 2070 Netto-Null-Emissionen zu erreichen, wie auf der Glasgower Vertragsstaatenkonferenz (COP) zum Klimawandel versprochen im Jahr 2021.

DR. N. Vedachalam ist leitender Wissenschaftler und Programmdirektor am National Institute of Ocean Technology, einem autonomen Meeresforschungszentrum des Ministeriums für Geowissenschaften. Zuvor arbeitete er bei Birla Group, General Electric und Alstom Power Conversion, Frankreich.

[a] IESS2047 ist ein Tool zur Erstellung von Energieszenarien, mit dem eine Reihe potenzieller zukünftiger Energieszenarien für Indien für verschiedene Energienachfrage- und -versorgungssektoren bis zum Jahr 2047 untersucht werden können.

[b]Die Energiedichte ist die Energiemenge, die eine Batterie im Vergleich zu ihrem Gewicht enthält, die spezifische Dichte ist die Energie pro Volumeneinheit. Sie wird in Wattstunden pro Kilo (Wh/kg) und Wattstunden pro Liter (Wh/l) gemessen.

[c]Imprägniert mit Lithium oder einer Lithiumverbindung

[d]Solar- und Windenergie sind beide von Natur aus „schwache“ Energiequellen, die nie rund um die Uhr verfügbar sind.

[e]Wenn die Wachstumsrate des Bruttoinlandsprodukts (BIP) durchschnittlich 8,7 Prozent beträgt, wenn der Anteil des verarbeitenden Gewerbes am BIP jährlich um 1,13 Prozent wächst und die Urbanisierung um 0,7 Prozent pro Jahr zunimmt.

[f]Das liegt daran, dass ihre Motoren aus weniger Teilen bestehen als die herkömmlichen Verbrennungsmotoren (ICEs).

[g]Dies sind die National Aluminium Company (NALCO), Hindustan Copper Ltd (HCL) und Minerals Exploration and Consultancy Ltd (MECL).

[h] Dabei handelt es sich um Strahlsprays aus der Meereskruste, die durch darin versickerndes Salzwasser entstehen und oft wertvolle Mineralien enthalten.

[i]Unterseeische Berge

[j]Eine Ebene entlang des Meeresbodens

[1]USDepartment of Energy und National Energy Technology Laboratory, Projektportfolio Querschnittsforschungsprogramm: Energiespeicherung, Mai 2022,https://netl.doe.gov/sites/default/files/2022-05/ES-Portfolio_20220506.pdf.

[2]Sati, Akhilesh, Lydia Powell und Vinod Kumar Tomar, „India's COP26 pledges: ambition, but ambiguuous“, (2021), https://www.orfonline.org/expert-speak/indias-cop26-pledges- ehrgeizig-aber-zweideutig/

[3]Mitali, J., S. Dhinakaran und AA Mohamad, „Energy storage systems: A review“, Energy Storage and Saving (2022):166-216,

https://doi.org/10.1016/j.enss.2022.07.002

[4]Mitali, Dhinakaran und Mohamad, „Energy storage systems: A review“

[5]Bajolle, Hadrien, Marion Lagadic und Nicolas Louvet, „Die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien: Erkundung von Expertenvorstellungen, Markttrends und Preisszenarien“, Energy Research & Social Science 93 (2022): 102850.

[6]Hadrien, Lagadic und Louvet, „Die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien: Erkundung von Expertenvorstellungen, Markttrends und Preisszenarien“

[7]Vedachalam, N. und MA Atmanand, „Eine Bewertung des Energiespeicherbedarfs im strategischen indischen Elektrizitätssektor“, The Electricity Journal 31, Nr. 7 (2018): 26-32,https://doi.org/10.1016/j.tej.2018.08.003.

[8]USDepartment of Energy und National Energy Technology Laboratory, Projektportfolio Querschnittsforschungsprogramm: Energiespeicherung, 2022.

[9]USDepartment of Energy und National Energy Technology Laboratory, Projektportfolio Querschnittsforschungsprogramm: Energiespeicherung, 2022

[10]US-Energieministerium und National Energy Technology Laboratory, Projektportfolio Querschnittsforschungsprogramm: Energiespeicherung, 2022

[11]NITI Aayog, 2023, Regierung Indiens, Indian Energy Security Scenarios 2047, https://pib.gov.in/newsite/printrelease.aspx?relid=126412

[12]Energieministerium, Bericht: Energiespeichertechnologie und Kostencharakterisierung, PNNL-28866,2021, https://www.energy.gov/sites/default/files/2019/07/f65/Storage%20Cost%20and% 20Performance%20Characterization%20Report_Final.pdf

[13]Internationale Energieagenturen (IEA), Paris, Bericht: Elektrofahrzeuge, 2022, https://www.iea.org/reports/electric-vehicles

[14]Internationale Energieagenturen (IEA), Paris, Bericht: Die Rolle kritischer Mineralien bei sauberen Energieübergängen – Mineralstoffanforderungen für saubere Energieübergänge, 2021,https://www.iea.org/reports/the-role-of -kritische-Mineralien-in-sauberen-Energie-Übergängen/Mineralstoffanforderungen-für-saubere-Energie-Übergänge

[15]Internationale Energieagentur, Globaler Ausblick auf Elektrofahrzeuge 2022 – hin zu einer verkehrsträgerübergreifenden Elektrifizierung, https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2022

[16]Internationale Energieagentur, Globaler Ausblick auf Elektrofahrzeuge 2022 – hin zu einer verkehrsübergreifenden Elektrifizierung, 2022.

[17]Regierung Indiens, Hintergrundinformationen: E-Fahrzeuge: Probleme, Versprechen und Herausforderungen, LARRDIS Nr. AJNIFM/3/2022, https://parliamentlibraryindia.nic.in/lcwing/E-vehicles-Issues%20Promises%20and%20Challenges.pdf

[18]Rumi Aijaz, „Electric Vehicles in India: Filling the Gaps in Awareness and Policy“, ORF Occasional Paper Nr. 373, Oktober 2022, Observer Research Foundation.

[19]N Vedachalam, „Building Resilience in India's Power Sector“, ORF Occasional Paper Nr. 363, August 2022, Observer Research Foundation.

[20]Indian Smart Grid Forum, Bericht:Energy Storage System-Roadmap for India, 2019-2032, https://www.niti.gov.in/sites/default/files/2019-10/ISGF-Report-on- Energy-Storage-System-%28ESS%29-Roadmap-for-India-2019-2032.pdf.

[21]Pagliaro, Mario und Francesco Meneguzzo, „Wiederverwendung und Recycling von Lithiumbatterien: Ein Einblick in die Kreislaufwirtschaft“, Heliyon 5, Nr. 6 (2019): e01866.

[22]Vera, María L., Walter R. Torres, Claudia I. Galli, Alexandre Chagnes und Victoria Flexer, „Umweltauswirkungen der direkten Lithiumextraktion aus Solen“, Nature Reviews Earth & Environment (2023): 1-17, https://doi.org/10.1038/s43017-022-00387-5.

[23]Zhou, Li-Feng, Dongrun Yang, Tao Du, He Gong und Wen-Bin Luo, „Der aktuelle Prozess für das Recycling verbrauchter Lithium-Ionen-Batterien“, Frontiers in chemistry 8 (2020): 578044,https: //doi.org/10.3389/fchem.2020.578044.

[24]Windisch-Kern, Stefan, Eva Gerold, Thomas Nigl, Aleksander Jandric, Michael Altendorfer, Bettina Rutrecht, Silvia Scherhaufer

et al, „Recyclingketten für Lithium-Ionen-Batterien: Eine kritische Untersuchung aktueller Herausforderungen, Chancen und Prozessabhängigkeiten“, Waste Management 138 (2022): 125-139, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.11 .038

[25]Baum, Zachary J., Robert E. Bird, Xiang Yu und Jia Ma, „Recycling von Lithium-Ionen-Batterien – Überblick über Techniken und Trends“, (2022): 712-719, https://doi.org /10.1021/acsenergylett.1c02602.

[26]Kavanagh, Laurence, Jerome Keohane, Guiomar Garcia Cabellos, Andrew Lloyd und John Cleary, „Globale Lithiumquellen – industrielle Nutzung und Zukunft in der Elektrofahrzeugindustrie: ein Rückblick“, Ressourcen 7, Nr. 3 (2018): 57,https://doi.org/10.3390/resources7030057.

[27]US Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2019,

https://d9-wret.s3.us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/produktion/atoms/files/mcs2019_all.pdf

[28] Vedachalam, N., M. Ravindran und MA Atmanand, „Technologieentwicklungen für die strategische indische blaue Wirtschaft“, Marine Georesources & Geotechnology 37, Nr. 7 (2019): 828-844, https://doi.org/10.1080/1064119X.2018.1501625.

[29]US Geological Survey, Mineral Commodity Summarys

[30]Veröffentlichungen der Internationalen Energieagentur, Globale Lieferketten von Elektrofahrzeugbatterien, 2022,

https://www.iea.org/reports/global-supply-chains-of-ev-batteries

[31]Vedachalam, Ravindran und Atmanand, „Technologieentwicklungen für die strategische indische blaue Wirtschaft“

[32]Vedachalam, Ravindran und Atmanand, „Technologieentwicklungen für die strategische indische blaue Wirtschaft“

[33]Ministerium für Geowissenschaften (MoES),https://moes.gov.in/.2022

[34]Vedachalam, Ravindran und Atmanand, „Technologieentwicklungen für die strategische indische blaue Wirtschaft“