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Jun 02, 2024

Die steigenden Umweltkosten unserer Lithiumbatterie-Sucht

Amit Katwala Hier ist ein durch und durch modernes Rätsel: Was verbindet den Akku Ihres Smartphones mit einem toten Yak, der einen tibetischen Fluss hinuntertreibt? Die Antwort ist Lithium – das reaktive Alkalimetall, das Energie liefert

Amit Katwala

Hier ist ein durch und durch modernes Rätsel: Was verbindet den Akku Ihres Smartphones mit einem toten Yak, der einen tibetischen Fluss hinuntertreibt? Die Antwort ist Lithium – das reaktive Alkalimetall, das unsere Telefone, Tablets, Laptops und Elektroautos antreibt.

Im Mai 2016 warfen Hunderte Demonstranten tote Fische auf die Straßen von Tagong, einer Stadt am östlichen Rand der tibetischen Hochebene. Sie hatten sie aus den Gewässern des Liqi-Flusses gefischt, wo ein Austritt giftiger Chemikalien aus der Lithiummine Ganzizhou Rongda verheerende Schäden im örtlichen Ökosystem angerichtet hatte.

Es gibt Bilder von Massen toter Fische auf der Bachoberfläche. Einige Augenzeugen berichteten, sie hätten Kuh- und Yakkadaver gesehen, die stromabwärts trieben und verendet waren, weil sie verunreinigtes Wasser getrunken hatten. Es war der dritte Vorfall dieser Art innerhalb von sieben Jahren in einem Gebiet, in dem die Bergbauaktivitäten stark zugenommen haben, darunter auch Betriebe von BYD, dem weltweit größten Lieferanten von Lithium-Ionen-Batterien für Smartphones und Elektroautos. Nach dem zweiten Vorfall im Jahr 2013 schlossen die Behörden die Mine, doch als sie im April 2016 wiedereröffnet wurde, begannen die Fische erneut zu sterben.

Von James Temperton

Von Matt Kamen

Von Matt Kamen

Von Angela Watercutter

Lithium-Ionen-Batterien sind ein entscheidender Bestandteil der Bemühungen, den Planeten zu säubern. Die Batterie eines Tesla Model S enthält etwa 12 Kilogramm Lithium, während Netzspeicherlösungen, die zum Ausgleich erneuerbarer Energien beitragen, viel mehr benötigen würden.

Die Nachfrage nach Lithium steigt exponentiell und der Preis hat sich zwischen 2016 und 2018 verdoppelt. Nach Angaben des Beratungsunternehmens Cairn Energy Research Advisors wird die Lithium-Ionen-Industrie voraussichtlich von 100 Gigawattstunden (GWh) Jahresproduktion im Jahr 2017 auf fast 800 GWh wachsen im Jahr 2027.

William Adams, Forschungsleiter bei Metal Bulletin, sagt, der aktuelle Nachfrageanstieg sei auf das Jahr 2015 zurückzuführen, als die chinesische Regierung in ihrem 13. Fünfjahresplan einen enormen Vorstoß in Richtung Elektrofahrzeuge ankündigte. Dies hat zu einem massiven Anstieg der Zahl der Projekte zur Lithiumgewinnung geführt, und es seien „Hunderte weitere in der Pipeline“, sagt Adams.

Aber es gibt ein Problem. Während sich die Welt darum bemüht, fossile Brennstoffe durch saubere Energie zu ersetzen, könnten die Auswirkungen auf die Umwelt, die sich aus der Beschaffung des für diese Transformation erforderlichen Lithiums ergeben, zu einem ernsten Problem für sich werden. „Eines der größten Umweltprobleme, das durch unseren endlosen Hunger nach den neuesten und intelligentesten Geräten verursacht wird, ist eine wachsende Mineralienkrise, insbesondere bei den Mineralien, die für die Herstellung unserer Batterien benötigt werden“, sagt Christina Valimaki, Analystin bei Elsevier.

Von James Temperton

Von Matt Kamen

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Von Angela Watercutter

In Südamerika ist Wasser das größte Problem. Das Lithiumdreieck des Kontinents, das Teile von Argentinien, Bolivien und Chile umfasst, beherbergt unter seinen jenseitigen Salzebenen mehr als die Hälfte des weltweiten Metallvorkommens. Es ist auch einer der trockensten Orte der Erde. Das ist ein echtes Problem, denn um Lithium zu gewinnen, bohren Bergleute zunächst ein Loch in die Salzebene und pumpen salzige, mineralreiche Sole an die Oberfläche.

Dann lassen sie es monatelang verdampfen, wobei zunächst eine Mischung aus Mangan-, Kalium-, Borax- und Lithiumsalzen entsteht, die dann gefiltert und in ein anderes Verdunstungsbecken gegeben wird, und so weiter. Nach 12 bis 18 Monaten ist die Mischung so weit filtriert, dass Lithiumcarbonat – weißes Gold – extrahiert werden kann.

Es handelt sich um ein relativ kostengünstiges und effektives Verfahren, das jedoch viel Wasser verbraucht – etwa 500.000 Gallonen pro Tonne Lithium. Im chilenischen Salar de Atacama verbrauchten Bergbauaktivitäten 65 Prozent des Wassers der Region. Das hat große Auswirkungen auf die örtlichen Bauern – die Quinoa anbauen und Lamas hüten – in einem Gebiet, in dem einige Gemeinden bereits Wasser von anderswo herbefördern müssen.

Es besteht auch die Möglichkeit – wie in Tibet –, dass giftige Chemikalien aus den Verdunstungsbecken in die Wasserversorgung gelangen. Dazu gehören Chemikalien, darunter Salzsäure, die bei der Verarbeitung von Lithium in eine verkaufsfähige Form verwendet werden, sowie jene Abfallprodukte, die auf jeder Stufe aus der Sole herausgefiltert werden. In Australien und Nordamerika wird Lithium mit traditionelleren Methoden aus Gestein abgebaut, erfordert jedoch immer noch den Einsatz von Chemikalien, um es in nützlicher Form zu gewinnen. Untersuchungen in Nevada ergaben Auswirkungen auf Fische bis zu einer Entfernung von 150 Meilen flussabwärts von einem Lithiumverarbeitungsbetrieb.

Von James Temperton

Von Matt Kamen

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Von Angela Watercutter

Laut einem Bericht von Friends of the Earth schadet die Lithiumgewinnung zwangsläufig dem Boden und führt zu Luftverschmutzung. Im argentinischen Salar de Hombre Muerto behaupten Einheimische, dass Lithiumbetriebe Bäche kontaminiert hätten, die von Menschen und Vieh sowie zur Bewässerung von Feldfrüchten genutzt werden. In Chile kam es zu Zusammenstößen zwischen Bergbauunternehmen und lokalen Gemeinden, die sagen, dass der Lithiumabbau die Landschaft durch Berge von weggeworfenem Salz und Kanäle, die mit kontaminiertem Wasser mit einem unnatürlichen Blauton gefüllt sind, verunstaltet.

„Wie jeder Bergbauprozess ist er invasiv, er vernarbt die Landschaft, zerstört den Grundwasserspiegel und verschmutzt die Erde und die örtlichen Brunnen“, sagte Guillermo Gonzalez, Experte für Lithiumbatterien an der Universität von Chile, in einem Interview im Jahr 2009. „Das ist keine grüne Lösung – es ist überhaupt keine Lösung.“

Aber Lithium ist möglicherweise nicht der problematischste Bestandteil moderner wiederaufladbarer Batterien. Es ist relativ reichlich vorhanden und könnte theoretisch in Zukunft aus Meerwasser gewonnen werden, wenn auch durch einen sehr energieintensiven Prozess.

Bei zwei weiteren wichtigen Inhaltsstoffen, Kobalt und Nickel, besteht ein größeres Risiko, dass sie einen Engpass bei der Umstellung auf Elektrofahrzeuge verursachen und möglicherweise enorme Kosten für die Umwelt verursachen. Kobalt kommt in der gesamten Demokratischen Republik Kongo und in Zentralafrika in großen Mengen vor, kaum anderswo. Der Preis hat sich in den letzten zwei Jahren vervierfacht.

Von James Temperton

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Von Angela Watercutter

Im Gegensatz zu den meisten Metallen, die nicht giftig sind, wenn sie als Metallerze aus der Erde gewonnen werden, ist Kobalt „einzigartig schrecklich“, so Gleb Yushin, Chief Technical Officer und Gründer des Batteriematerialunternehmens Sila Nanotechnologies.

„Eine der größten Herausforderungen bei Kobalt besteht darin, dass es sich in einem Land befindet“, fügt er hinzu. Man kann im wahrsten Sinne des Wortes einfach das Land ausgraben und Kobalt finden, daher besteht eine sehr starke Motivation, es auszugraben und zu verkaufen, und infolgedessen gibt es eine große Motivation für unsicheres und unethisches Verhalten.“ Im Kongo gibt es „handwerkliche Minen“, in denen Kobalt von Hand aus dem Boden gewonnen wird, oft unter Einsatz von Kinderarbeit und ohne Schutzausrüstung.

Es gibt auch einen politischen Aspekt, der berücksichtigt werden muss. Als Bolivien ab etwa 2010 damit begann, seine Lithiumvorräte auszubeuten, wurde argumentiert, dass sein enormer Mineralreichtum dem verarmten Land den wirtschaftlichen und politischen Einfluss verschaffen könnte, den die ölreichen Nationen des Nahen Ostens hatten. „Sie wollen keine neue OPEC bezahlen“, sagt Lisbeth Dahllöf vom schwedischen Umweltinstitut IVL, die letztes Jahr einen Bericht über den ökologischen Fußabdruck der Batterieproduktion für Elektroautos mitverfasst hat.

Von James Temperton

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In einem aktuellen Artikel in der Zeitschrift Nature argumentierten Yushin und seine Co-Autoren, dass eine neue Batterietechnologie entwickelt werden muss, die gängigere und umweltfreundlichere Materialien zur Herstellung von Batterien verwendet. Forscher arbeiten an neuen Batteriechemien, die Kobalt und Lithium durch häufigere und weniger giftige Materialien ersetzen.

Wenn neue Batterien jedoch eine geringere Energiedichte oder einen höheren Preis als Lithium haben, könnten sie letztendlich negative Auswirkungen auf die Umwelt insgesamt haben. „Die Bewertung und Reduzierung der Umweltkosten ist eine komplexere Angelegenheit, als es zunächst scheint“, sagt Valimaki. „Zum Beispiel könnte ein weniger langlebiges, aber nachhaltigeres Gerät einen größeren CO2-Fußabdruck nach sich ziehen, wenn man den Transport und die zusätzliche erforderliche Verpackung berücksichtigt.“

An der Universität Birmingham wird im Rahmen der von der Regierung mit 246 Millionen Pfund finanzierten Faraday Challenge für Batterieforschung versucht, neue Wege für das Recycling von Lithium-Ionen zu finden. Untersuchungen in Australien ergaben, dass nur zwei Prozent der 3.300 Tonnen Lithium-Ionen-Abfälle des Landes recycelt wurden. Unerwünschte MP3-Player und Laptops können auf der Mülldeponie landen, wo Metalle aus den Elektroden und ionische Flüssigkeiten aus dem Elektrolyten in die Umwelt gelangen können.

Von James Temperton

Von Matt Kamen

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Von Angela Watercutter

Ein Forscherkonsortium unter der Leitung des Birmingham Energy Institute nutzt für Kernkraftwerke entwickelte Robotertechnologie, um Wege zu finden, potenziell explosive Lithium-Ionen-Zellen sicher aus Elektrofahrzeugen zu entfernen und zu demontieren. Es gab eine Reihe von Bränden in Recyclinganlagen, in denen Lithium-Ionen-Batterien unsachgemäß gelagert oder als Blei-Säure-Batterien getarnt und einem Zerkleinerer unterzogen wurden.

Da sich Lithiumkathoden mit der Zeit abbauen, können sie nicht einfach in neue Batterien eingesetzt werden (obwohl es einige Bestrebungen gibt, alte Fahrzeugbatterien für Energiespeicheranwendungen zu verwenden, bei denen die Energiedichte weniger wichtig ist). „Das ist das Problem beim Recycling jeder Art von Batterie mit Elektrochemie – man weiß nicht, an welchem ​​Punkt ihrer Lebensdauer sie sich befindet“, sagt Stephen Voller, CEO und Gründer von ZapGo. „Deshalb ist das Recycling der meisten Mobiltelefone nicht kosteneffektiv. So eine Suppe bekommt man.“

Ein weiteres Hindernis besteht laut Dr. Gavin Harper vom Lithium-Recyclingprojekt der Faraday Institution darin, dass die Hersteller verständlicherweise kein Geheimnis darüber machen, was tatsächlich in ihre Batterien gelangt, was es schwieriger macht, sie ordnungsgemäß zu recyceln. Derzeit werden die zurückgewonnenen Zellen normalerweise geschreddert, wodurch eine Metallmischung entsteht, die dann mithilfe pyrometallurgischer Techniken – dem Verbrennen – getrennt werden kann. Allerdings verschwendet diese Methode viel Lithium.

Von James Temperton

Von Matt Kamen

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Von Angela Watercutter

Britische Forscher untersuchen alternative Techniken, darunter biologisches Recycling, bei dem Bakterien zur Verarbeitung der Materialien eingesetzt werden, und hydrometallurgische Techniken, bei denen chemische Lösungen auf ähnliche Weise verwendet werden, wie zunächst Lithium aus Salzlake gewonnen wird.

Für Harper geht es darum, einen Prozess zu entwickeln, der Lithium-Ionen-Batterien während ihres gesamten Lebenszyklus sicher schützt und sicherstellt, dass wir nicht unnötig mehr aus dem Boden entnehmen oder zulassen, dass Chemikalien aus alten Batterien Schaden anrichten. „Angesichts der Tatsache, dass alle Materialien in diesen Batterien bereits bei ihrer Gewinnung ökologische und soziale Auswirkungen hatten, sollten wir auf eine gute Aufbewahrung achten“, sagt er.

Zusätzliche Berichterstattung und Bildunterschriften von Abigail Beall

Dieser Artikel ist Teil unserer WIRED on Energy-Reihe. Von den chinesischen Autofirmen, die es mit Tesla aufnehmen, bis hin zur ungenutzten Macht von Poop werfen wir einen detaillierten Blick auf die Technologien und Ideen, die die Art und Weise verändern, wie wir unsere Welt antreiben.

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