Nachhaltiger Batterierohstoff, der im Wald wächst

Die Mobilitätswende steht und fällt mit der Batterietechnologie für E-Autos. Dabei gilt Graphit als ein wesentlicher Rohstoff. Doch dieser Rohstoff ist rar und seine Gewinnung hat einen signifikanten ökologischen Fußabdruck. Die Batteriehersteller sind auf der Suche nach nachhaltigeren Materialien für E-Mobilitätslösungen, um die CO₂-Emissionen zu reduzieren. Eine solche Alternative ist die Verwendung von biobasiertem Hartkohlenstoff auf Basis von Holz.

Doch zuerst holen wir etwas aus ….

Lithium-Ionen-Batterien sind die derzeit gängigste und zugleich sehr ressoucenintensive Antriebsstandard in E-Fahrzeugen. Der Grund dafür liegt besonders an den Rohstoffen, die für die Herstellung benötigt werden. So enthält allein die Kathode einer Batterie für einen üblichen Mittelklassewagen jeweils mehrere Kilogramm Mangan, Lithium, Kobalt und Nickel.

Für die Anode benötigt man darüber hinaus Graphit, und zwar mehr als die anderen Rohstoffe, nämlich 50 bis 100 kg pro EV-Batterie. Mit bis zu 50 % des Gewichts einer Lithium-Ionen-Batterie ist Graphit somit der größte Bestandteil.

„Derzeit zeigen die Daten ein drohendes Missverhältnis zwischen den verstärkten Klimaschutz-Ambitionen der Welt und der Verfügbarkeit wichtiger Mineralien, die für deren Verwirklichung unerlässlich sind“, sagt der Direktor der Internationalen Energieagentur (IEA).

So enthalten rund 96 Prozent der Anoden in Lithium-Ionen-Batterien Graphit als Hauptbestandteil. Dieser kann als Naturgraphit abgebaut oder synthetisch hergestellt werden. Beide Materialien – natürlicher und synthetischer Graphit – kommen heute zum größten Teil aus China, das über 75 Prozent des derzeitigen Marktes kontrolliert und darüber hinaus mehr als 90 Prozent des Graphits verarbeitet. Sie haben einen einen signifikanten ökologischen Fußabdruck. Graphit ist wenig ergiebig, und der Markt ist hart umkämpft. Die dominierende Marktstellung Chinas führt zunehmend zu Exporteinschränkungen sowie erheblichen Versorgungsrisiken und Preisschwankungen.

Synthetische Herstellung

Für die Herstellung synthetischen Graphits wird eine Kohlenstoffquelle benötigt, die in der Regel als Nebenprodukt der Erdöl- und Kohleindustrie anfällt. Dabei werden sehr hohe Temperaturen von mehr als 2.500 Grad Celsius über mehrere Tage benötigt, was nur in speziellen elektrischen Öfen möglich ist. Die damit verbundenen Emissionen hängen sehr stark vom dafür eingesetzten Energiemix ab.

Derzeit investieren US-amerikanische und europäische Unternehmen in die Entwicklung von synthetischem Graphit, der nach Schätzungen von Benchmark Mineral Intelligence bis 2025 fast zwei Drittel des Marktes für EV-Batterieanoden ausmachen könnte.

Graphitgewinnung durch Kohlenstoffabscheidung und -nutzung, auch bekannt als Carbon Capture and Utilization (CCU)

Dabei wird Graphit nicht als Primärrohhstoff durch Bergbau gewonnen, was bekanntlich zur Freisetzung erheblicher Mengen an CO₂ führt, sondern aus der Abscheidung von CO₂ gewonnen. Bei dieser Technik werden pro Tonne hergestelltem Graphit oder Kohlenstoff-Nanomaterialien 3,7 Tonnen CO₂ direkt aus der Atmosphäre oder aus Industrieemissionen abgeschieden.

Biobasierter Graphit aus dem Abfallprodukt Lignin

Der Batteriehersteller Northvolt, der Anfang des Jahres den Grundstein für seine dritte große Batteriefabrik in Deutschland legte, ist mit dem finnisch-schwedischen Konzern Stora Enso eine Entwicklungspartnerschaft eingegangen, um eine Batterie auf Ligninbasis zu entwickeln. Das Joint Venutre zielt darauf ab, eine nachhaltige Batterielieferkette mit Anodenmaterialien aufzubauen, die vollständig auf europäischen Rohstoffen basiert und den CO₂-Fußabdruck von Batterien deutlich senkt.

Bäume bestehen zu 20 bis 30 Prozent aus Lignin, das als natürliches und starkes Bindemittel wirkt. Es ist eine der größten erneuerbaren Kohlenstoffquellen so Stora Enso in einer Aussendung. Schätzungsweise fallen schon jetzt 50 Millionen Tonnen Lignin als Abfallprodukt bei der Papierherstellung an. Der Rohstoff wird mithilfe von Natronlauge vom Zellstoff getrennt, aus dem das Papier hergestellt wird.

„In unserer Pilotanlage in Kotka, Finnland, produzieren wir Kohlenstoffmaterial auf Ligninbasis als Alternative zu Graphit auf fossiler Basis, das traditionell in Batterien verwendet wird. So können wir biobasierte chemische Zwischenprodukte und Nebenprodukte der Forstindustrie auf vielseitige Weise entwickeln und nutzen“, sagt Lehtonen. Lauri Lehtonen, SVP Innovationen im Bereich Biomaterialien von Stora Enso.

„Mit dieser Partnerschaft erschließen wir eine neue Quelle für nachhaltige Rohstoffe und erweitern die europäische Batterie-Wertschöpfungskette, während wir gleichzeitig eine kostengünstigere Batteriechemie entwickeln“, kommentierte Emma Nehrenheim, Chief Environmental Officer bei Northvolt.

Darüber hinaus ist Stora Enso 2023 auch eine Partnerschaft mit dem Elektroautohersteller Polestar eingegangen, mit dem Ziel, bis 2030 ein wirklich klimaneutrales Auto  – Projekt Polestar 0 – zu entwickeln.

Titelfoto ©️Stora Enso