Gibt es genügend Materialien, um alle benötigten Elektrofahrzeuge herzustellen?

Die kurze Antwort ist ja. Aber das ist eine komplizierte Frage, also lassen Sie uns weiter eintauchen.

Dazu ist der Umstieg auf Elektrofahrzeuge (EVs) notwendig Verringerung klimaverändernde Emissionen. Mit zunehmendem Einsatz steigt auch die Nachfrage nach Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge wie Lithium, Kobalt und Nickel. Diese Materialien werden hauptsächlich aus zwei Quellen geliefert: 1) neu abgebaut oder 2) zurückgewonnen von Recycling Batterien bereits im Umlauf.

Die Verwendung von recycelten Materialien führt zu deutlich geringeren Umweltauswirkungen und ist ein Ersatz für neu abgebaute Materialien, obwohl die Materialien bereits extrahiert, zu einer Batterie verarbeitet und dann aus dem Verkehr gezogen worden sein müssen.

Forschung zeigt, dass genügend erkundete oder aussichtsreiche Reserven vorhanden sind, um den globalen Transportsektor mit aktueller Technologie zu elektrifizieren wenn es findet ein hohes Maß an Batterierecycling statt. In diesem Szenario wird die weltweite Nachfrage im Jahr 2100 etwa 55 % der Kobaltreserven und 50 % der Lithiumreserven betragen.

Dies steht im krassen Gegensatz zu einer Zukunft ohne hohe Recyclingquoten.

Wenn das Recycling nicht hochfährt, ein Mangel an Lithium, Nickeloder Kobalt ist nicht wahrscheinlich, aber es wird geschätzt, dass die Nachfrage das wirtschaftlich Zugängliche übersteigen würde. In diesem Szenario beträgt die Nachfrage im Jahr 2060 mehr als die Kobaltreserven und etwa 90 % der Lithiumreserven. Mit anderen Worten, um den prognostizierten Bedarf zu decken, muss die Förderung über das hinausgehen, was als wirtschaftlich vertretbar angesehen wird. Dieser Rückgang der Reserven würde wahrscheinlich die Materialkosten erhöhen, eine verstärkte Exploration und Erschließung auslösen und möglicherweise die Reserven erweitern.

Wissenschaftler, die die Ressourcenverfügbarkeit durch Bergbau bewerten, betrachten typischerweise zwei Kategorien: die insgesamt verfügbaren Ressourcen und die Reserven. Diese Unterscheidung ist wichtig, da die Reserven die globalen Ressourcen darstellen, die es gibt wirtschaftlich zu extrahieren, während die Gesamtressourcen eine Schätzung der darstellen Endliche globale Ressourcen. Reservenschätzungen sind daher viel geringer als die Gesamtressourcen und schwanken je nach Materialwert, Mineralexploration und technologischer Entwicklung.

Recycling hat viele Vorteile

Recycling kann den Bedarf an neuem Bergbau drastisch verringern und ist eine wesentliche Strategie für eine nachhaltige, sichere und erschwingliche Elektrifizierung.

Wie wird Recycling nachhaltiger? Die Umwelt Auswirkungen durch die Verwendung von recycelten Inhalten sind viel geringer als neu gewonnene Materialien. Da sich die durch Recycling wiedergewonnenen Materialien bereits in der Wirtschaft befanden, sind die einzigen mit ihrer Herstellung verbundenen Auswirkungen der Transport der Batterie zum Recycling, die Vorverarbeitung und das Recycling. Durch die Verwendung von recycelten anstelle von neu gewonnenen Materialien beträgt die Reduzierung der klimaschädlichen Treibhausgasemissionen etwa 64 %. Emissionen, die Smog erzeugen und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen, können ebenfalls gemindert werden; Schwefeloxide können um 89 % und Stickoxide um 78 % reduziert werden.

„Nettoemissionen“ stellen die Nettoemissionen dar, die durch die Verwendung von recycelten anstelle von neu gewonnenen Materialien zur Herstellung von 1 kg Lithium-Ionen-Batterie eingespart werden. „Recyclingemissionen“ stellen die Emissionen aus dem Recycling mittels hydrometallurgischer Verarbeitung dar, und „vermiedene Emissionen“ stellen die Gesamtemissionen dar, die eingespart wurden, indem ein kg Batterie nicht aus neu gewonnenen Materialien hergestellt wurde. Informationen für diese Zahl wurden von Dunn et al. (2022).

Warum ist Recycling eine wesentliche Strategie, um eine sichere und bezahlbare Elektrifizierung zu erreichen? Neben dem Vergleich des verfügbaren Angebots und der Nachfrage gibt es viele andere Faktoren Dies kann zu Materialknappheit wie unzureichender Verarbeitungskapazität und geopolitischen Problemen in der Lieferkette führen. Recycling kann eine lokale Materialversorgung sicherstellen und die Nachfrage nach neuen Materialien verringern, alles Faktoren, die die Kosten niedrig halten können.

Wie viel Bedarf kann mit recycelten Materialien gedeckt werden?

Schätzungen zeigen, dass in den Vereinigten Staaten ein großer Teil der zukünftigen Materialnachfrage für Elektrofahrzeuge mit recycelten Inhalten gedeckt werden kann. Im Jahr 2050 kann wiedergewonnenes Material etwa 45–52 % des Kobalt-, 40–46 % des Nickel- und 22–27 % des Lithiumbedarfs für Elektrofahrzeuge decken. Kurzfristig wird recycelter Inhalt eine geringere Menge an Batteriematerialien ausmachen – dies wächst, da mehr Material in der Wirtschaft ist und EV-Batterien ausgemustert werden.

Der Prozentsatz der Nachfrage nach EV-Batteriematerial in den Vereinigten Staaten, der schätzungsweise durch recycelte Materialien gedeckt werden kann. Dies kann auch als recycelter Inhalt bezeichnet werden. Informationen für diese Zahl wurden von Dunn et al. (2022).

Da abgebaute Materialien benötigt werden, um den recycelten Inhalt zu ergänzen, müssen wir eine ethische und nachhaltige Beschaffung sicherstellen. Darüber hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Materialnachfrage verringert wird, indem die Materialeffizienz von Batterien und Elektrofahrzeugen erhöht und die Abhängigkeit vom Auto weg und hin zu mehr öffentlichen Verkehrsmitteln verlagert wird.

Lohnt sich Recycling?

Während die genaue Wirtschaftlichkeit der in Betrieb befindlichen Recyclinganlagen unbekannt ist, deuten die Pläne für die Erweiterung der Recyclinganlage zusammen mit Recyclingkostenschätzungen unter Verwendung von National Lab-Modellen darauf hin, dass das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien rentabel ist (oder bald sein wird). Da Recycling in den USA nicht vorgeschrieben ist, geschieht das derzeitige Recycling aus Gründen der Wirtschaftlichkeit oder finanzierter Forschung und Entwicklung.

Die Recyclingerlöse werden stark von den in der Batterie enthaltenen Materialien und deren Marktwert beeinflusst. Innerhalb einer Lithium-Ionen-Batterie gibt es eine Anode, die negative Elektrode, und eine Kathode, die positive Elektrode. Die Batterie lädt und entlädt sich, indem Lithium-Ionen zwischen der Anode und der Kathode zirkulieren.

Die in der Kathode der Lithium-Ionen-Batterie verwendeten Materialien variieren. Bis vor kurzem enthielten die meisten beliebten Elektrofahrzeuge eine Batterie mit Kobalt und Nickel, da sie eine große Reichweite bei kompakter Größe bieten. Tesla und Ford stellen jetzt für ihre Elektrofahrzeuge mit geringerer Reichweite auf eine Chemie ohne Kobalt um, die als Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) bezeichnet wird. Nickel und Kobalt sind teure Materialien und haben einige der größten damit verbundenen ökologischen und sozialen Auswirkungen. Die Verringerung der Verwendung dieser Materialien ist insgesamt vorteilhaft, verringert jedoch auch den Wert der Batterie für Recycler.

Da Kobalt und Nickel in Batterien reduziert (oder vollständig abgeschafft) werden, kann das Recycling immer noch durchgeführt werden, aber es ist mit der derzeitigen Recyclingtechnologie möglicherweise nicht rentabel. Da Recycling keine Voraussetzung ist und das Recycling hauptsächlich auf der positiven Wirtschaftlichkeit basiert, ist es wichtig, dass Richtlinien erlassen werden, um sicherzustellen, dass alle Batterien recycelt werden, auch wenn es keine hohen wirtschaftlichen Erträge gibt.

Was bedeutet das für die langfristige Materialbeschaffung für Lithium-Ionen-Batterien?

Es gibt genug Materialien, um Elektrofahrzeuge herzustellen, aber Recycling ist notwendig, um sie nachhaltiger, ethischer und erschwinglicher zu machen.

Die Umstellung von Benzin auf Elektro bietet eine große Chance für eine effiziente Ressourcennutzung. Im Gegensatz zu unserem derzeitigen System, in dem wir kontinuierlich Erdöl fördern und in unseren Autos und Lastwagen verbrennen, was zur Luftverschmutzung und zum Klimawandel beiträgt, können die Mineralien, die wir zum Bau von Elektrofahrzeugen verwenden, aufgefangen und wiederverwendet werden, um die nächste Generation sauberer Fahrzeuge zu unterstützen.

Derzeit verlangen die Vereinigten Staaten kein Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, aber wir wissen, dass Recycling stattfindet, dank Berichte durch Recycler und Verträge zwischen Autoherstellern und Recyclern. Obwohl dies ein guter Indikator ist, ist eine Politik, die das Recycling von EV-Batterien fordert und unterstützt, dennoch notwendig, um sicherzustellen, dass so viele Batterien wie möglich recycelt werden, auch wenn dies nicht rentabel ist.

Die Recyclingpolitik für Elektrofahrzeugbatterien in den Vereinigten Staaten besteht bis heute aus Investitionen in Recyclingforschung, -entwicklung und -demonstration, wie z Überparteiliches Infrastrukturgesetz. Auf der anderen Seite untersucht Kalifornien aktiver die Recyclinganforderungen. Eine Gruppe von Interessenvertretern hat kürzlich eingereicht Richtlinien empfehlungen an den Gesetzgeber, einschließlich der Anforderung, dass Autohersteller für das Recycling von EV-Batterien verantwortlich sind, wenn sie ausgemustert werden. Eine Übersicht über ihren Prozess und ihre Ergebnisse finden Sie in einem kürzlich erschienenen bloggen von mir. Wir werden die nächste Legislaturperiode aufmerksam verfolgen in der Hoffnung, dass eine gute Politik entwickelt wird.

Von Jessica Dunn. Ursprünglich herausgegeben von Union of Concerned Scientists, The Equation.

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