02.08.2021

Grüne Technologien? Bei diesen Rohstoffen könnte es in der EU knapp werden

Bei der Produktion von Technik für die "Grüne Wende" ist Europa von (knappen) Rohstoffen aus dem Ausland abhängig.
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Wyoming E-Auto-Verbot E-Auto-Förderung , Ladepunkt, Charging, E-Mobility
© Unsplash

Die Pandemie hat der EU vor Augen geführt, wie wichtig es ist, zumindest einen Teil essenzieller Produkte innerhalb Europas zu produzieren. Das ist bei Schutzkleidung und Medikamenten besonders deutlich geworden. Aktuell fällt es auch der starken europäischen Autoindustrie auf, die unter dem Mangel von Microchips leidet, die unter anderem auf eine akute Knappheit von Silizium zurückzuführen ist. Auch bei der „Grünen Wende“ im Kampf gegen die Klimakrise sieht Europa eine Chance, weltweit ganz vorne mitzuspielen. Allerdings könnte das knapp werden, denn auch dafür fehlt es an wichtigem Material, wie die „Presse am Sonntag“ berichtet.

Es ist vor allem ein Mangel an Rohstoffen, der den Umstieg auf umweltfreundliche Technologien und Produkte bremst. Es gibt zu wenig recyceltes PET, zu wenig biologisch angebaute Baumwolle und zu wenig Lithium, das für die Produktion von E-Auto-Batterien benötigt werden. Auch der Bedarf an grünem Wasserstoff, der die Hochindustrie dekarbonisieren soll, wird wohl nicht nicht gedeckt werden können.

Vor diesem Hintergrund hat die EU vergangenes Jahr die Liste an Rohstoffen aktualisiert, deren Bedeutung für die Zukunft sehr groß ist, bei denen aber mit einem Mangel zu rechnen ist. Auf die Liste kommen Rohstoffe, denen die EU eine hohe „wirtschaftliche Bedeutung“ und ein gewisses Versorgungsrisiko beimisst. Derzeit sind auf dieser Liste 30 Rohstoffe, mehr als doppelt so viele, als die Liste 2011 mit 14 Rohstoffen aufgelegt wurde.

Diese 4 kritischen Rohstoffe sind seit 2020 neu auf der Liste der EU

  • Lithium: Lithium hat seit der letzten Auflage der „kritischen Rohstoffe“ 2017 vor allem durch den E-Auto-Boom an Bedeutung gewonnen. Für E-Fahrzeuge schätzt die EU-Kommission, dass in der EU bis 2050 60-mal mehr Lithium benötigt wird, als derzeit verarbeitet wird. Lithium bezieht die EU derzeit hauptsächlich aus Chile – in Summe beträgt die Importabhängigkeit 100 Prozent. Bis 2025 will die „Europäische Batterie-Allianz“ 80 Prozent des Bedarfs aus europäischen Quellen decken.
  • Bauxit: Aus Bauxit wird Aluminium hergestellt, das in der Fahrzeugproduktion in großen Mengen benötigt wird – nicht nur bei Autos, sondern auch bei Fahrrädern. Bauxit wird vor allem aus Afrika in die EU geliefert – die Import-Abhängigkeit liegt derzeit bei 87 Prozent
  • Titan: Das Leichtmetall wird in großen Mengen beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie gebraucht. Bei Titan ist die EU derzeit vor allem von China abhängig. Der Bedarf wird derzeit zu 100 Prozent durch Importe gedeckt.
  • Strontium: Strontium wird wie Lithium in Batterien und auch in der Aluminiumindustrie eingesetzt. In Zukunft könnte das Material aber auch Photovoltaik-Zellen wesentlich effizienter machen. Derzeit deckt die EU noch 100 Prozent des Bedarfs aus dem Abbau in Spanien – die EU-Kommission sieht es kritisch, in diesem Bereich von einem einzelnen EU-Unternehmen abhängig zu sein.

Diese Rohstoffe beobachtet die EU in Hinblick auf ihre Bedeutung

Nickel als Batterierohstoff und Helium, das im „Internet of Things“ eine Rolle spielt, von der EU 2020 aber von der Liste genommen wurde, da die „wirtschaftliche Bedeutung“ aktuell nicht so groß sei.

Die komplette EU-Liste der „kritischen Rohstoffe 2020“

  • Antimon
  • Baryt
  • Bauxit
  • Beryllium
  • Wismut
  • Borat
  • Kobalt
  • Kokskohle
  • Flussspat
  • Gallium
  • Germanium
  • Hafnium
  • Indium
  • Lithium
  • Magnesium
  • Natürlicher Grafit
  • Naturkautschuk
  • Niob
  • Phosphorit
  • Phosphor
  • Scandium
  • Siliciummetall
  • Strontium
  • Tantal
  • Titan
  • Wolfram
  • Vanadium
  • Metalle der Platingruppe
  • Schwere seltene Erden
  • Leichte seltene Erden
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Christian Mentin, Head of Research Unit System-Level Integration Technologies bei Silicon Austria Labs | (c) Peter Drechsler / SAL

Das österreichische Forschungszentrum Silicon Austria Labs (SAL) hat nach eigenen Angaben das weltweit dünnste bidirektionale 11-Kilowatt-Bordladegerät für Elektroautos entwickelt. Die sogenannte „Tiny Power Box 2.0“ ist nur fünf Zentimeter hoch und soll Autoherstellern neue Möglichkeiten beim Einbau bieten. Entwickelt wurde der Prototyp von Forschungsteams in Villach und Graz gemeinsam mit den Industriepartnern Infineon, AVL, TDK, Fronius und MetaSystem. Das Forschungsprojekt hatte ein Volumen von 7,2 Millionen Euro.

Laden und Strom zurückspeisen

Jedes Elektroauto verfügt über einen sogenannten On-Board-Charger. Dieser wandelt den Wechselstrom aus der Steckdose oder Wallbox in Gleichstrom um, den die Fahrzeugbatterie speichern kann. Die Tiny Power Box 2.0 übernimmt dabei gleich drei Funktionen: Sie lädt die Batterie mit bis zu elf Kilowatt, kann Strom aus dem Fahrzeug zurück ins Haus oder öffentliche Netz speisen und versorgt über einen integrierten Wandler auch das 12-Volt-Bordnetz. Darüber werden unter anderem Beleuchtung, Steuergeräte und Infotainment betrieben. Dafür ist bislang häufig ein separates Bauteil notwendig.

Durch die bidirektionale Funktion könnte ein geparktes Elektroauto künftig auch als Stromspeicher dienen. Beispielsweise ließe sich tagsüber erzeugter Solarstrom in der Fahrzeugbatterie speichern und bei Bedarf wieder im Haushalt nutzen.

Mehr Leistung auf weniger Raum

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung sei die Wärme gewesen, die beim Umwandeln des Stroms entsteht, heißt es von SAL. Je kompakter das Ladegerät, desto schwieriger wird es, diese abzuführen.

„Bei 50 Millimetern Bauhöhe liegt die eigentliche Herausforderung in der Wärmeentwicklung, die auf sehr kleinem Raum abgeführt werden muss. Wir haben Kühlung, magnetische Komponenten und Isolation deshalb in kombinierten Designprozessen als ein gemeinsames Gesamtsystem simuliert und entwickelt. Nur so lassen sich 11 Kilowatt bidirektional auf engstem Bauraum umsetzen“, erklärt Christian Mentin, Head of Research Unit System-Level Integration Technologies bei Silicon Austria Labs.

Die Entwicklung baut auf einem Vorgängerprojekt aus dem Jahr 2022 auf. Damals hatte SAL bereits ein kompaktes Ladegerät mit sieben Kilowatt Leistung entwickelt. Die neue Generation erreicht elf Kilowatt und kommt dabei mit einer deutlich geringeren Bauhöhe aus.

Forschungsergebnisse für weitere Anwendungen

Nach dreieinhalb Jahren Forschung liegt die Tiny Power Box 2.0 nun als Prototyp vor. Mit fast allen beteiligten Industriepartnern laufen bereits Folgeprojekte. Dabei sollen die entwickelten Technologien auch in anderen Bereichen zum Einsatz kommen, etwa in der Ladeinfrastruktur für Elektromobilität, in industriellen Gleichstromnetzen oder bei der Stromversorgung von Rechenzentren.

Ob und wann die Tiny Power Box 2.0 selbst in Serienfahrzeugen eingesetzt werden könnte, ist derzeit offen. Interesse gibt es laut SAL aber bereits von europäischen und internationalen Autoherstellern.

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