Neuseeländisches Unternehmen verwendet Holzspäne zur Herstellung von synthetischem Graphit

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Graphit ist für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien unerlässlich. Tatsächlich, laut der Wallstreet Journal, es macht heute bis zur Hälfte des Gewichts einer typischen Batterie aus. Während die Welt die ersten zwei Jahrzehnte des 21. Jahrhunderts verschlafen hat, war China damit beschäftigt, herauszufinden, wie es zum dominierenden Lieferanten vieler Materialien und Komponenten werden könnte, die für die Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge unerlässlich sind. Einer davon ist Graphit.

Schätzungen zufolge produziert China 60 Prozent des weltweiten natürlichen Graphits, der auf der Erde abgebaut wird, und 69 Prozent des gesamten synthetischen Graphits. Darüber hinaus veredelt es nahezu den gesamten hochreinen Graphit, der in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Im Normalfall wäre das kein Problem. Sie benötigen Graphit, kaufen ihn in China und zahlen den üblichen Preis. Aber die USA und Europa sind endlich aus ihren Träumereien erwacht und haben festgestellt, dass sie völlig von Graphit aus China abhängig sind, und haben begonnen, nach Möglichkeiten zu suchen, ihre eigenen Lieferketten aufzubauen, die dieses Land ausschließen.

Mit dem Inflation Reduction Act wollen die USA ihre Abhängigkeit von China bei wichtigen Batteriematerialien verringern. Die EU erwägt ähnliche Maßnahmen. Das Problem erreichte im Herbst dieses Jahres seinen Höhepunkt, als China auf diese politischen Initiativen reagierte, indem es strengere Exportkontrollen für das von ihm produzierte Graphit einführte. Plötzlich wurde dem Rest der Welt klar, wie sie es zugelassen hatten, dass sie keinen Zugang zu diesem kritischen Batteriematerial hatten. Die Abhängigkeit von Graphit aus China war keine Unannehmlichkeit mehr, sondern eine Angelegenheit von lebenswichtigem nationalen Interesse.

CarbonScape-Graphit aus Holzspänen

Was zu tun? Ivan Williams, der in einem idyllischen Teil Neuseelands lebt, hat möglicherweise eine Antwort. Er hat eine neue Firma namens gegründet CarbonScape. Williams und sein Team geben die Holzspäne in Maschinen ein, die eine Form von synthetischem Graphit herstellen. Die Holzspäne werden in einem als Pyrolyse bezeichneten Prozess erhitzt, um Biokohle zu erzeugen, ein kohlenstoffreiches Material, das dann gemahlen und in eine Rohform von Graphit umgewandelt wird, der dann gereinigt und beschichtet wird, um die für Batterieanoden erforderliche Qualität zu erhalten. Laut Williams ist das technische Material so rein wie synthetischer Graphit, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird.

CarbonScape gibt an, aus sieben Tonnen trockenen Holzspänen eine Tonne synthetischen Graphit herstellen zu können. Williams ist davon überzeugt, dass auch sogenanntes Slash genutzt werden könnte, bei dem es sich um Abfallzweige und anderes unerwünschtes Holz handelt, das beim Holzeinschlag in den Wäldern zurückbleibt. Der Vorrat an diesem Material ist nahezu unerschöpflich. „Graphit aus Biomasse ist sicherlich ein interessanter neuer Lieferweg“, sagte James Willoughby, Senior Research Analyst bei Wood Mackenzie.

Die Verschärfung der Exportkontrollen durch China war eine Erinnerung an die Anfälligkeit der globalen Rohstoffmärkte gegenüber geopolitischen Spannungen, die sich bereits in den starken Schwankungen der Preise für Rohöl, Erdgas und Weizen aufgrund des Ukraine-Krieges zeigten. Die Entscheidung Pekings, ab dem 1. Dezember Exportgenehmigungen für einige Graphitprodukte zu verlangen, erfolgte wenige Tage, nachdem die USA die Beschränkungen für den Zugang chinesischer Unternehmen zu Halbleitern verschärft hatten.

Es ist nicht einfach, eine alternative Versorgung für wichtige Rohstoffe zu finden. Der Bau einer Mine kann Jahre dauern, insbesondere in Industrieländern mit strengen Genehmigungsverfahren. Vielversprechende Technologien können im großen Maßstab noch nicht getestet werden, und Entwickler benötigen häufig Mittel für die Erweiterung. Die Unterstützung der Regierung kann gefährdet sein, wenn ein neuer Führer die Macht übernimmt.

In der Batterietechnologie finden Innovationen statt, die die Aussichten für die Graphitnachfrage verändern könnten, die nach Schätzungen der Internationalen Energieagentur in den zwei Jahrzehnten bis 2040 um das 25-fache steigen könnte. Einige Unternehmen versuchen, Batterien herzustellen, die weniger oder weniger verbrauchen überhaupt kein Graphit, etwa durch die Verwendung von Natrium mit einer harten Kohlenstoffanode. Toyota und Idemitsu Kosan, ein Ölkonzern, planen eine Zusammenarbeit, um die Massenproduktion von Festkörperbatterien voranzutreiben, die Lithiummetall anstelle von Graphit verwenden.

Skeptiker melden sich zu Wort

Allerdings ist nicht jeder davon überzeugt, dass die Technologie von CarbonScape echt ist. Adam Best, leitender Forschungswissenschaftler bei der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), sagte dem Wallstreet Journal Aufgrund der Menge an Holzspänen, die benötigt werden, hält er Biomasse nicht für einen effizienten Weg zur Graphitherstellung. „Wir halten Naturgraphit für eine nachhaltigere Option“, sagte er und schlug vor, dass auch das Recycling von Graphit aus Altbatterien eine weitere Bezugsquelle sein könnte.

Das Beste ist nicht falsch. Batterierecyclingunternehmen wie Redwood Materials behaupten, dass 95 Prozent der Materialien in einer Lithium-Ionen-Batterie zurückgewonnen und wiederverwendet werden können. Es wird jedoch noch Jahre dauern, bis Recycler den gesamten benötigten Graphit bereitstellen können, da die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen und Batteriespeichern in den kommenden Jahren zunimmt. Es dürfte in den kommenden Jahren eine große Nachfrage nach Graphit geben, und die Beschaffung aus einem Land, das nicht China heißt, wird von entscheidender Bedeutung sein.

Williams sagte, CarbonScape entwickle die Technologie seit 2016 und könne zuverlässig synthetischen Graphit produzieren. Die Leistung seines Anodenmaterials wurde von einigen Batterieherstellern überprüft, darunter Amperex Technology (ATL), das der japanischen TDK gehört und ein Investor des Unternehmens ist. „Der größte Vorteil des Biographits von CarbonScape liegt jedoch nicht in der überlegenen Leistung, sondern in der Reduzierung des CO2-Fußabdrucks“, sagte Joe Kit Chu Lam, Executive Vice President von ATL.

Aus fossilen Brennstoffen hergestellter Graphit benötigt viel Energie, da er bei der Verarbeitung bei 3.000 Grad Celsius gekocht wird und Treibhausgase und feine Partikel erzeugt, die für die menschliche Gesundheit schädlich sind, sagte Adam Best von CSIRO. Die Kosten für die Herstellung von synthetischem Graphit aus Holz mithilfe der Technologie von CarbonScape seien konkurrenzfähig mit der Herstellung aus fossilen Brennstoffen, sagte Williams, ohne detaillierte Zahlen zu nennen. Die für die Herstellung von Graphit aus Holzspänen erforderlichen Temperaturen seien niedriger und der Prozess dauere Stunden statt Wochen, sagte er.

CarbonScape-Investoren

Es mag Zweifel geben, aber CarbonScape hat die Aufmerksamkeit des europäischen Forstwirtschaftsunternehmens Stora Enso auf sich gezogen, das 18 Millionen US-Dollar in das Unternehmen investierte und damit einen Anteil von rund 15 % erwarb. Durch diesen Deal wurde eine Lieferlinie eröffnet, und Stora Enso hat bereits einige nordische Holzproben zum Testen an das neuseeländische CarbonScape-Werk geliefert. „Diese Investition stellt ein starkes Zeichen der Unterstützung für eine nachhaltige Beschaffung von Batteriematerialien für die globale Dekarbonisierung dar“, sagte Williams Reuters. CarbonScape beabsichtigt, bald einen Standort für seine erste kommerzielle Anlage auszuwählen. Der Fokus liegt auf Europa, aber auch auf den südöstlichen US-Bundesstaaten, wo es große Waldgebiete gibt und die Strompreise attraktiv sind, sagte Williams.

Das Unternehmen gibt an, dass sein Verfahren keine Abholzung von Bäumen erfordert und laut Williams klimaneutral ist. Die Verwendung von Holzabfällen könnte eine Rolle bei der Erhaltung der Wälder spielen, sagte er, was für einige Regierungen eine zunehmende Priorität sei, da Waldbrände aufgrund des Klimawandels immer heftiger würden. „Wie bei jeder neuen Technologie braucht die Entwicklung Zeit“, sagte Williams. „Dann braucht es Zeit, bis die Industrie es übernimmt.“

Der Imbiss zu synthetischem Graphit

Ist Graphit aus Waldprodukten möglich? Kann es preislich wettbewerbsfähig sein? Wir wissen es nicht und werden es auch eine Weile nicht wissen. Aber wenn dadurch die derzeitige Abhängigkeit von China bei praktisch allen Graphiten durchbrochen wird, ist es sicherlich etwas, das es wert ist, weiterverfolgt zu werden. Wie wir immer sagen CleanTechnicadie Batterien, die im Jahr 2030 zum Einsatz kommen werden, müssen noch erfunden werden.

Es sind aufregende Zeiten, die in mancher Hinsicht den Anfangsjahren des Automobils ähneln. Tausende Forscher in Hunderten von Labors suchen nach Möglichkeiten, Batterien herzustellen, die eine höhere Energiedichte haben, bei Kälte eine bessere Leistung erbringen, weniger kosten und umweltfreundlicher sind. Wenn es gelingt, die Lieferkette für Batteriematerialien zu verkürzen, um die Beschaffung so vieler lebenswichtiger Batteriematerialien aus China zu vermeiden, umso besser.