IEA Task 40: Kritische Rohstoffe für Elektrofahrzeuge
LAUFZEIT:
10/2019
—
12/2022
Projektlaufzeit gesamt:
3 Jahre 3 Monate
Das Projekt
Die Herstellung von Elektrofahrzeugen und Batterien benötigt kritische Rohstoffe. Task 40 stellt Bedarf und Angebot gegenüber. Basis sind globale Szenarien der Entwicklung von Elektrofahrzeugflotten, von Batterietechnologien, von primären und sekundären Rohstoffpotentialen und von Recyclingtechnologien. Bewertet werden potentielle gesamthafte ökologische und soziale Auswirkungen der Rohstoff- und Batterieproduktion.
Unsere Tätigkeiten im Projekt
Wir koordinieren bei diesem internationalen Projekt die Ökobilanzierung von heute dominierenden Batterietechnologien. Es werden die Treibhausgasemissionen der wichtigsten Lebenszyklusphasen und Prozesse berechnet.
Lebenszyklusphasen und Prozesse
- Herstellung von Kathoden- und Anodenmaterialien für Batteriezellen
- Herstellung der Gehäuse für Module und Packs
- Energiebedarf und Energiemix für die Zellproduktion
- Metallurgische Technologie und Energiemix für das Recycling
Forschungsgruppen
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Auftraggeber
Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) gefördert.
Projektpartner
Elf Länder mit Institutionen der öffentlichen Hand, Forschung, Unternehmen und Interessenvertretungen beteiligen sich von 2018 bis 2022 an dieser internationalen Zusammenarbeit, mit JOANNEUM RESEARCH, Institut LIFE als österreichischem Vertreter.
Details zum Projekt
Der IEA HEV TCP Task 40 – Critical Raw Materials for Electric Vehicles – greift die vielschichtige Nachfrage nach aktuellen Informationen zur Entscheidungsunterstützung im Bereich Elektromobilität auf. Ziel und Mehrwert von Task 40 ist eine integrierte Analyse aller relevanten Aspekte der zukünftigen Versorgung mit kritischen Rohstoffen für Elektrofahrzeuge.
Wichtige Aspekte
- Zukünftige Entwicklung in Form von Szenarien von Elektrofahrzeugflotten in Regionen und weltweit
- Technologieentwicklungen im Bereich von Batteriesystemen
- Primäre und sekundäre Rohstoffquellen
- Entwicklung von Recyclingtechnologien für Elektrofahrzeuge
Bewertet werden potentielle gesamthafte ökologische und soziale Auswirkungen der Rohstoff- und Batterieproduktion.
Der erforderliche steile Anstieg der weltweiten Elektrofahrzeugzahlen, die zum Erreichen der Klimaziele im Verkehrssektor im Jahr 2030 notwendig sind, stellt hohe Anforderungen an das Angebot von Batterien und kritischen Rohstoffen. In Task 40 werden Nickel, Kobalt, Lithium, Graphit, Phosphat sowie seltene Erden für Elektromotoren bewertet.
Bei den Batterietechnologien wird erwartet, dass Nickel-Kobalt- und Lithium-Eisen-Phosphat-Batterietechnologien bis 2030 vorherrschend bleiben werden. Neue Technologien wie Natrium-Ionen- oder Festkörperbatterien werden erst nach 2030 größere Marktanteile gewinnen. Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien bieten einen Ausweg aus möglichen Defiziten bei der Versorgung mit Nickel und Kobalt.
Die Szenarien für die Entwicklung der globalen Elektrofahrzeugflotte ergeben den Bedarf einer Gesamt-Batteriekapazität von 3.000 bis 4.300 GWh im Jahr 2030, was dem 5- bis 8-fachen des Batterieabsatzes im Jahr 2022 entspricht. Die globalen Batterieproduktionskapazitäten lagen 2022 bei 1.500 GWh (sie wurden aber nur zu ca. 35% genutzt). Bis 2030 müssten sie um das 2- bis 3-fache steigen. In Europa müssten die Produktionskapazitäten um das 30-fache von heute – von ca. 35 auf 1.300 GWh – steigen, was eine echte Herausforderung für die Skalierung darstellt. In der EU wurde die erste Produktion von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien im Jahr 2023 in Betrieb genommen.
Die Nachfrage nach kritischen Rohstoffen für Elektrofahrzeuge wird bis 2030 stark ansteigen, abhängig von den Marktanteilen der Nickel-Kobalt- bzw. der Null-Nickel-Kobalt-Technologien. In einem Szenario mit einem hohen Anteil von Nickel-Kobalt-Batterien würde es zu einem Versorgungsdefizit bei Nickel und Kobalt kommen. Unabhängig von der Kathodenchemie sind Versorgungsdefizite bei Lithium und Graphit wahrscheinlich. Graphit könnte durch synthetisches Graphit ersetzt werden, allerdings um den Preis eines steigenden Energiebedarfs für die Herstellung und damit verbundener Treibhausgasemissionen. Der Phosphatbedarf in Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien wird aus globaler Sicht nicht zu einem Versorgungsdefizit führen. Seltene Erden als magnetische Metalle können durch den Einsatz von induktiven Elektromotoren mit Nicht-Permanent-Magneten, die nicht auf seltene Erden angewiesen sind, ersetzt werden.
Das Batterierecycling ist ein zentrales Element der Versorgung mit kritischen Rohstoffen, insbesondere in Europa. Die Hydrometallurgie ist jene Technologie, die am ehesten eine Kreislaufwirtschaft in diesem Bereich ermöglicht. Großtechnische Recyclinganlagen für Nickel-Kobalt-Batterien werden voraussichtlich Ende der 2020er Jahre zur Verfügung stehen. Großtechnische Recyclinganlagen für Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien wird es aus wirtschaftlichen Gründen erst nach 2030 geben, da wirtschaftlich weniger wertvolle Materialien zurückgewonnen werden können.
Die Ökobilanz von Batterien identifiziert die wichtigsten Lebenszyklusphasen und Prozesse, die die Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus von Batterien beeinflussen. Dabei handelt es sich um die Herstellung von Kathoden- und Anodenmaterialien für Batteriezellen, die Herstellung der Gehäuse für Module und Packs (insbesondere aus Aluminium), den Energiebedarf und den Energiemix für die Zellproduktion sowie die metallurgische Technologie und den Energiemix für das Recycling.
