Lithium - Umwelt-Auswirkungen von Abbau bis Recycling

Für die Herstellung effizienter Stromspeicher spielt Lithium eine zentrale Rolle. Lithium-Ionen-Akkus kommen in vielen mobilen Geräten, als Stromspeicher in der Photovoltaik oder als Batterien für Elektroautos zum Einsatz. Die Nachfrage nach Lithium steigt rasant und damit auch seine Umwelteffekte.
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    Welchen Effekt Lithium auf die Umwelt hat, wird im Wesentlichen durch die Faktoren Rohstoffabbau, Produktion und Transport bestimmt. Hinzu kommt die Energie, die für die Herstellung des entsprechenden Produktes – also vor allem für den Photovoltaik-Stromspeicher oder die E-Auto-Batterie – aufgewendet werden muss. Bevor diese Aspekte näher beleuchtet werden, soll es erst einmal um grundlegende Fragen gehen.

    Was ist Lithium?

    Lithium ist ein sehr unedles Metall mit einer hohen Reaktivität. In der Natur kommt es deshalb nicht elementar vor. Lithium reagiert sofort mit geringsten Mengen Feuchtigkeit aber auch mit dem Stickstoff aus der Luft.

    Lithium kommt in geringen Konzentrationen in Mineralien vor und als gelöste Salze im Salzseen. Auch im menschlichen Organismus ist Lithium enthalten. Allerdings hat es keine bekannte biologische Funktion.

    Aufgrund seiner Struktur hat Lithium eine besonders hohe Ladungsdichte, was das Metall für die Anwendung in Batterien interessant macht.

    Wofür wird Lithium genutzt?

    Elementares Lithium wird verwendet, um Stickstoff aus der Luft zu entfernen; Lithium ist ein starkes Reduktionsmittel und wird unter anderem in der Chemischen und der Metallurgie eingesetzt. Dort dient es auch als Legierungsbestandteil, der Zugfestigkeit, Härte und Elastizität erhöht. Zudem findet Lithium auch in der Medizin Anwendung, unter anderem gegen Gicht und Depressionen.

    Der überwiegende Teil des industriell eingesetzten Lithiums wird in Lithium-Ionen-Akkumulatoren für Smartphones, Laptops, Akkuwerkzeuge oder elektrisch betriebene Fahrzeuge wie Hybrid- und Elektroautos oder E-Bikes verwendet. In diesem Bereich gibt es auch die größten Wachstumsraten.

    Wie wird Lithium gewonnen?

    Wie bereits erwähnt, ist kein elementares Lithium verfügbar aber es gibt Lagerstätten von Mineralien und Salzen. Mehr als die Hälfte der weltweiten Lithium-Produktion stammt mittlerweile aus australischen Tagebauen, die Li-Minerale fördern. Wird das Lithium aus Laugen gewonnen, wird das Salzwasser an die Oberfläche gepumpt, das Wasser verdampft und die eingedickten Rückstände werden weiterverarbeitet. Das Lithium, das in der Lauge meist als gut lösliches Lithiumchlorid vorliegt wird, durch Zugabe von Natriumcarbonat als schwer lösliches Lithiumcarbonat ausgefällt und dann getrocknet.

    Warum ist Lithium für die Batterieproduktion so wichtig?

    Lithium ist ein leichtes Metall, die damit gebauten Akkus haben ein geringes Gewicht und eine hohe Ladungsdichte (Ladung pro benötigtem Raum), was sie besonders für mobile Anwendungen interessant macht. Daneben übertreffen Lithium-Ionen-Akkus viele andere Batterien hinsichtlich ihrer Haltbarkeit. Anders als bei anderen Akkus haben Lithium-Batterien keinen „Memory“-Effekt, d.h. sie können immer wieder be- und entladen werden, ohne dass sich die Kapazität verringert. Dazu kommt noch die große Entladetiefe: Um Schäden an der Batterie zu verhindern, muss eine Restladung im Stromspeicher verbleiben. Während Blei-Akkus nur Entladetiefen zwischen 50 % und 60 % erreichen, können Lithium-Ionen-Akkus bis zu 100 % entladen werden.

    Welche Auswirkungen auf die Umwelt haben Lithium und die Lithium-Ionen-Akkus?

    Derzeit heftig in der Diskussion ist vor allem der Lithium-Abbau oder vielmehr die Gewinnung. Wie bereits erwähnt, wird Lithiumchlorid als Salzwassern gewonnen. Ein Abbauort ist die chilenische Atacama-Wüste, einer der trockensten und lebensfeindlichsten Orte der Welt. Neben Lithium werden hier noch Kupfer, Silber, Gold und Platin gefördert.

    "Interessant auch: eAutos sind nicht die einzige Anwendung von Lithium: Zwar haben Batterien mit 37,5% tatsächlich den größten Anteil am Lithiumverbrauch [davon 2/3 für die Mobilität], aber die Herstellung von Glas und Keramik steht mit zusammen 30,5% an zweiter Stelle, gefolgt von Schmierstoffen und Polymeren mit zusammen 12,9%."

    Quelle: "Lithium: Zerstören Batterien die Atacama-Wüste? von Rechercheteam Europaeische-Energiewende-Community

    Für die Lithium-Förderung, so wie sie heutzutage betrieben wird, werden große Mengen Trinkwasser benötigt. Das kostbare Nass wird vor allem dazu verwendet, um das Lithiumsalz und die Anlagen zu reinigen. Schon jetzt wird die Ressource knapper und der Run auf das Lithium hat gerade erst begonnen. Es ist zu befürchten, dass die Gegend noch trockener wird, die Anwohner hier nur noch mehr schlecht als recht leben können und die empfindliche Umwelt leidet. Trockene Böden haben zur Folge, dass Stäube in der Wüste aufgewirbelt werden und weiteres wertvolles Trinkwasser versalzen. Auch durch unsachgemäße Bohrungen kann das Trink- mit Salzwasser vermischt werden. 

    Das Hauptproblem ist nicht unbedingt der Lithium-Abbau selbst, sondern die Goldgräberstimmung und fehlende Kontrolle. Lithium lässt sich, verglichen mit Kupfer oder Gold noch relativ sauber und auch mit geringem energetischen Aufwand gewinnen. Allerdings steht zu befürchten, dass aufgrund der hohen Nachfrage, wenig Rücksicht auf die Belange der Menschen vor Ort und der Umwelt genommen wird. Hier müssen, wie beim Kobalt, internationale Standards rechtliche Rahmenbedingungen setzen.

    Lithium-Ionen-Akkus sind High-Tech-Produkte, die aufwändig hergestellt werden. Das erfordert eine Menge an Energie, die nicht durch die Batterie selbst wieder zurückgewonnen werden kann. Hinsichtlich der Ökobilanz sind die Stromspeicher also kein Gewinn, sie reduzieren den ökologischen Nutzen der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (Lithium-Ionen-Akkus weniger als Blei-Akkus).

    Wählt man einen anderen Blickwinkel, ist der Einsatz von Stromspeichern auch ökologisch sinnvoll. Jede gespeicherte Kilowattstunde muss nicht als Netzstrom bezogen werden. Bei einem Strommix, der noch immer zu fast der Hälfte auf fossilen Brennstoffen basiert, spart die Kombination Stromspeicher und Photovoltaikanlage oder Windrad in Summe doch CO₂. Betrachtet man den gesamten Energiemix, so liegt hier der Anteil noch unter 15 % (Stand 2019). Wird durch die Sektorenkopplung Strom zum Beispiel für die Heizung oder die Elektromobilität genutzt, wird die Umweltbilanz von Lithium-Ionen-Akkus noch besser.

    Recycling von Lithium

    Der Bedarf an Lithiumakkus wird in Zukunft deutlich steigen. Laut Umweltbundesamt lässt sich dieser aber durch die geologischen Reserven in den nächsten Jahrzehnten noch decken. Momentan scheint also keine Knappheit in Sicht doch langfristig wird Recycling nicht nur ein Thema der Umwelt sondern auch ein Ressourcen. Derzeit existieren noch keine Sammelsysteme für gebrauchte Lithium-Ionen-Akkus, das Ganze lohnt sich noch nicht.

    Prinzipiell ist das Recycling oder besser die Verwertung von Batterien möglich. Die Verbrennung des Akkus und die anschließende Gewinnung von Metallen aus der Schmelze wird zwar praktiziert, kann aber auf Dauer nicht die Lösung sein. Auch weil sich so zwar Kupfer, Nickel oder Kobalt wiedergewinnen lassen, nicht aber das Lithium.

    Besser ist hingegen der Ansatz, die leicht entzündliche Lithium-Ionen-Batterie unter Schutzatmosphäre zu zerlegen. Aus dem geschredderten Material lassen sich Graphit, Mangan, Nickel, Kobalt und Lithium gewinnen - 96 % aller Batteriebestandteile werden so einem neuen Kreislauf zugeführt.