Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der zukünftigen Verfügbarkeit von Lithium in Bezug auf die weltweite Entwicklung der Elektromobilität.
Hervorgehend aus dem steigenden Hunger industrialisierter und zunehmend aufstrebender Staaten im asiatisch-amerikanischen Raum nach Rohöl als auch dem davon beflügelten Klimawandel sorgen energie- und klimapolitische Zielsetzungen weltweit für die schrittweise Verbreitung von Elektromobilität. Durch den konstruktiven Austausch des Kraftstofftanks konventioneller Antriebe mit der Traktionsbatterie in Elektrofahrzeugen ändert sich für Automobilhersteller sowie spezialisierte Batterieproduzenten beschaffungsseitig der Rohstoffbedarf. Das Alkalimetall Lithium wird für die Funktion der mittelfristig als Industriestandard gehandelten Lithium-Ionen-Batterie dringend benötigt.
Die Aufgabe der Arbeit besteht vor dem Hintergrund der Verbreitung von Elektromobilität in der Überprüfung der zukünftigen Verfügbarkeit Lithiums unter Zuhilfenahme einer geeigneten Messmethodik. Um die Rohstoffverfügbarkeit von Lithium im Rahmen der Arbeit wissenschaftlich bewerten zu können, werden zunächst ausgewählte Studien untersucht, die die Rohstoffkritikalität verschiedener Rohstoffe für Länder oder Wirtschaftszweige bewerten.
Nach Vergleich dreier ausgewählter Studien wird geschlussfolgert, dass eine Trennung der Verfügbarkeitsanalyse in eine geologische und eine sozioökonomische Komponente unterteilt wird. Beide Komponenten wiederrum bestehen aus verschiedenen Kriterien, die mithilfe geeigneter Indikatoren gemessen und bewertet werden.
Die Analyse der geologischen Verfügbarkeit hat gezeigt, dass abhängig vom gewählten Szenario zur Verbreitung der Elektromobilität alleine der Bedarf des Verwendungsbereichs Batterien sowohl beim Vergleich mit dem voraussichtlichen Lithium-Produktionsvolumen bis 2025 als auch den weltweit vorhandenen Reserven bis 2050 eine kritische Größe erreichen kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangslage und Motivation
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Theoretische Grundlagen zur Elektromobilität
2.1 Elektrifizierte Antriebskonzepte im Fokus der Arbeit
2.2 Schlüsseltechnologie Lithium-Ionen-Batterie
3 Entwicklung der Messmethodik von Rohstoffkritikalität
3.1 Fortschritt - Treiber der Rohstoffabhängigkeit
3.2 Konzeptionelle Ansätze zur Messung von Rohstoffkritikalität
3.2.1 Studie mit Kritikalitätsindex
3.2.2 Studie mit Kritikalitätsmatrix
3.2.3 Studie mit Berechnung des zukünftigen Angebots und Bedarfs
3.3 Operationalisierung der Messmethodik von Rohstoffkritikalität
4 Analyse der Kritikalität von Lithium
4.1 Einführung
4.2 Analyse der geologischen Verfügbarkeit
4.2.1 Bestimmung des Lithium-Angebots
4.2.2 Bestimmung des Lithium-Bedarfs mit G.8
4.2.3 Synthese der Angebots- und Bedarfsentwicklung
4.3 Analyse der sozioökonomischen Verfügbarkeit
4.3.1 Länderkonzentration
4.3.2 Unternehmenskonzentration
4.3.3 Politische Stabilität in den Förderländern
4.3.4 Recycling
4.3.5 Substituierbarkeit
5 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, die Rohstoffkritikalität von Lithium im Kontext der weltweiten Elektromobilität zu bestimmen, um zu klären, ob der steigende Bedarf durch das vorhandene Angebot gedeckt werden kann und welche sozioökonomischen Faktoren die Versorgungssicherheit beeinflussen.
- Ermittlung des weltweiten Lithium-Angebots anhand geologischer Daten
- Prognose des zukünftigen Lithium-Bedarfs durch Marktanalyse
- Synthese von Angebots- und Nachfrageentwicklung
- Identifikation und Analyse sozioökonomischer Einflussfaktoren (z.B. Länderrisiken)
- Diskussion von Lösungsansätzen zur Minderung der Abhängigkeit
Auszug aus dem Buch
4.1 Einführung
Lithium (Elementsymbol: Li) ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 3 und ist mit einer Atommasse von 6,941 u das erste und leichteste Metall im Periodensystem. Der Name Lithium ist abgeleitet vom griechischen Wort lithos = Stein. Das silberweiße weichzähe Metall zählt zur Serie der Alkalimetalle, die zusammen mit Wasserstoff die erste Hauptgruppe bilden. Den Alkalimetallen ist gemeinsam, dass sie „ihr einziges Valenzelektron der äußersten Elektronenschale ab[geben] um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen“125. Sie werden in großen Teilen durch Schmelzflusselektrolyse ihrer Salze oder durch Reduktion dergleichen mit reaktiven Metallen gewonnen. Darüber hinaus sind sie im Allgemeinen sehr reaktionsfähig und reagieren insbesondere mit Nichtmetallen.126
Entdeckt wurde Lithium erstmalig in Form Lithiumoxids vom schwedischen Chemiker Johan August Arfvedson im Jahr 1817. Ein Jahr später gelang es Sir Humphry Davy Lithium in reiner, metallischer Form durch Elektrolyse einer Lithiumoxidschmelze darzustellen, bevor es 1855 Robert Bunsen und Augustus Matthiessen vollbrachten größere Mengen aus der Schmelze zu gewinnen.127
Der Anteil Lithiums an der Erdkruste beträgt 60 ppm, dies entspricht 0,006 %. Lithium ist damit häufiger als beispielsweise Kobalt, Zinn oder Blei, seine Gewinnung ist aufgrund der stärkeren Verteilung, geringeren Konzentration und folglich geringeren Ergiebigkeit der Lagerstätten schwierig.128 Es kommt in geringen Konzentrationen in nahezu allen Gesteinen, sowie in Mineralwässern und in höherer Konzentration in Salzsolen vor. Erschwerend hinzu kommt die Tatsache, dass Lithium niemals elementar, sondern immer in Verbindungen auftritt.129 Die wichtigste Verbindung für die Produktion von Endprodukten stellt Lithiumkarbonat (Li2CO3) mit einem Gesamtanteil von 46% in 2015 dar. An zweiter Stelle mit deutlich weniger Anteil, aber wachsender Bedeutung steht Lithiumhydroxid (LiOH) mit 19%.130 Beide Lithiumverbindungen nehmen insgesamt bereits zwei Drittel des gesamten Lithiummarktes ein. Durch den hohen Aufwand ist die Gewinnung Lithiums aus Mineralen aktuell noch von geringerer Bedeutung, wird durch die aktuell hohe Nachfrage aber immer relevanter.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel stellt die Motivation für die Untersuchung dar, beleuchtet den technologischen Wandel in der Automobilindustrie und definiert die Zielsetzung sowie den Aufbau der Arbeit.
2 Theoretische Grundlagen zur Elektromobilität: Hier werden die elektrifizierten Antriebskonzepte und die Bedeutung der Lithium-Ionen-Batterie als Schlüsseltechnologie für die Elektromobilität erläutert.
3 Entwicklung der Messmethodik von Rohstoffkritikalität: Dieses Kapitel analysiert existierende Ansätze zur Bestimmung von Rohstoffkritikalität und entwickelt eine eigene Methodik für die Untersuchung von Lithium.
4 Analyse der Kritikalität von Lithium: Im Hauptteil wird die geologische und sozioökonomische Verfügbarkeit von Lithium unter Berücksichtigung von Angebot, Bedarf und verschiedenen Risikofaktoren analysiert.
5 Zusammenfassung und Ausblick: Das abschließende Kapitel fasst die zentralen Ergebnisse zusammen, bewertet die Versorgungssituation und schlägt Maßnahmen zur Minderung der Rohstoffabhängigkeit vor.
Schlüsselwörter
Lithium, Elektromobilität, Rohstoffkritikalität, Antriebsstrang, Lithium-Ionen-Batterie, LCE, Ressourcen, Reserven, Produktionsvolumen, Versorgungssicherheit, Länderkonzentration, Unternehmenskonzentration, Recycling, Batterietechnik, Automobilindustrie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die beschaffungsseitigen Risiken für die Automobilindustrie, die durch den Wandel zur Elektromobilität entstehen, mit einem spezifischen Fokus auf die Verfügbarkeit des Rohstoffs Lithium.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die Elektromobilität, die Batterietechnologie, das Konzept der Rohstoffkritikalität sowie die geologische und sozioökonomische Marktanalyse von Lithium.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Rohstoffkritikalität von Lithium zu bestimmen, um zu bewerten, ob das zukünftige Angebot den steigenden Bedarf durch Elektrofahrzeuge decken kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt einen multi-dimensionalen Analyseansatz, bei dem geologische Verfügbarkeit (Reserven/Produktion) und sozioökonomische Faktoren (Länderkonzentration, HHI, WGI) getrennt bewertet werden, um ein umfassendes Risikobild zu erstellen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die methodische Entwicklung zur Bestimmung der Kritikalität und die anschließende konkrete Analyse von Lithium hinsichtlich seiner geologischen Gegebenheiten sowie sozioökonomischer Faktoren.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Lithium, Elektromobilität, Rohstoffkritikalität, LCE (Lithium Carbonate Equivalent), Versorgungssicherheit und Batterietechnologie.
Wie sicher ist die Versorgung mit Lithium für die Zukunft?
Die Analyse zeigt, dass die Versorgung auf kurze Sicht geologisch unkritisch erscheint, jedoch bei steigenden Verbreitungsszenarien der Elektromobilität langfristig kritische Versorgungsgrenzen erreicht werden können, was Handlungsbedarf bei Sicherungsstrategien erfordert.
Welche Rolle spielt das Recycling von Lithium?
Recycling wird als ein entscheidender, wenn auch derzeit noch technisch und wirtschaftlich herausfordernder Faktor identifiziert, um langfristig eine stabile Lithiumbasis zu schaffen und die Abhängigkeit von Primärförderung zu reduzieren.
- Citar trabajo
- Julian Barthel (Autor), 2017, Rohstoffverfügbarkeit. Beschaffungsseitige Risiken der Elektrifizierung des Antriebsstranges, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/372028
