Ersteller: Dilok Klaisataporn | Credit: Getty Images
Die Energiewende mit der Umstellung der Stromerzeugung von Fossilenergie auf Wind- und Solarenergie wie auch von Verbrenner- auf Elektromotoren hat einen gewaltigen Anstieg des Mineralbedarfs zur Folge. Unter anderem kann der Kupferbedarf zu einem Engpass führen. Darüber hinaus sind zur Gewinnung der Materialien erhebliche Eingriffe in die Natur unausweichlich. Raubbau im Namen der Umwelt?
Sind diese mineralischen Rohstoffe in den erforderlichen Mengen auf der Erde überhaupt vorhanden, um international die genannten Umstellungen zu erreichen, und wie steht es um ihre Abbaubarkeit?
Der Geologische Dienst des Bundes, BGR, der durch eigene Forschungen und wissenschaftliche Analysen zum Erkenntnisgewinn im Rohstoff- und Bergbausektor beiträgt, schreibt auf seiner Internetseite [1]:
„Mit dem zunehmenden Rohstoffverbrauch der aufstrebenden Industrienationen wie der BRIC-Staaten Brasilien, Russland, Indien und China besteht seit Beginn des 21. Jahrhunderts erneut die Herausforderung, den auf längere Sicht steigenden Rohstoffbedarf der Welt zu decken. Aus rein geologischer Sicht sehen wir die Versorgung mit mineralischen Rohstoffen auch zukünftig weitgehend gesichert. Kurz- und mittelfristig können sich bei der technischen Bereitstellung von mineralischen Rohstoffen jedoch Lieferengpässe auftreten.“
Was heißt das konkreter? Wir fragten nach vor allem im Hinblick auf die Energiewende und erhielten folgende Antwort:
„Herausforderungen hinsichtlich des Rohstoffangebots ergeben sich z.B. aus folgenden Punkten:
- Nicht alle geologischen Vorkommen sind auch wirtschaftlich gewinnbar (Hinweis: nur für gut untersuchte Vorkommen liegen sog. gewinnbare Reserven vor. Die Reserven verändern sich über die Zeit mit dem Erkundungs- und technischen Fortschritt oder einfach nur mit fallenden und steigenden Rohstoffpreisen)
- Wirtschaftlich gewinnbare Lagerstätten sind durch andere Raumnutzungen überplant und nicht zugänglich
- Das Rohstoffangebot reagiert zeitversetzt zur steigenden Nachfrage und es kann so kurzzeitig zu Engpässen kommen, die so zu höheren Preisen und dadurch in höheren Explorations- und Gewinnungsanstrengungen der Unternehmen resultieren. Dies gilt z.B. auch für die neuen Energietechnologien und ihren Rohstoffbedarf
- Die Marktmacht einzelner Länder bei einzelnen Rohstoffen, geopolitische Herausforderungen und Handelsstreitigkeiten können zu Engpässen führen
- …weitere Punkte, wie z.B. auch die Substitution zu anderen Rohstoffen und ihren Eigenschaften oder erhöhtes Recycling.“
Der Geologische Dienst hält durch die bestehenden hohen Preisvolatilitäten für Rohstoffe und zahlreiche Lieferrisiken daher die Planungssicherheit für Unternehmen eingeschränkt. Preis- und Liefersicherungsmechanismen im Einkauf, die Einhaltung von Umwelt- und Sozialstandards in der Lieferkette sowie der Erhalt funktionierender Marktmechanismen im Rohstoffhandel werden daher zunehmend an Bedeutung gewinnen.“
Den Zusammenhang zwischen Materialien und den Übergang zu kohlenstoffarmen Energiesystemen untersucht seit Jahren auch der Geologische Dienst Finnlands, GTK [2]. Ähnlich wie die BGR heißt es in seinem Bericht:
„Die Erdkruste enthält einen großen Reichtum an verschiedenen Elementen. Daher gehen uns aus geologischer Sicht die Mineralien und Metalle nicht aus. Das Problem ist ihre Ausnutzbarkeit und Verfügbarkeit. Die Entwicklung der Kreislaufwirtschaft ist wichtig, aber in einigen Fällen gibt es immer noch nicht genügend Materialien zum Recycling. Mit dem derzeitigen Betrieb kann die Produktion nicht schnell genug auf den sich entwickelnden und wachsenden Rohstoffbedarf reagieren. Diese Sorge wird z.B. von der Europäischen Kommission, der Weltbank und der Internationalen Energieagentur IEA geteilt.“
„Es gibt jedoch keine Unklarheit über den Zusammenhang zwischen der Energiewende und dem wachsenden Materialbedarf (einschließlich verschiedener Mineralien, die aus Grundgestein und anderen Rohstoffen und Sekundärrohstoffen gewonnen werden), und die Bewältigung der Herausforderungen erfordert eine systemische globale Perspektive. Diese müssen gelöst werden, es gibt keine andere Alternative“, sagt Associate Research Professor Simon P. Michaux.
In seinem Bericht [2] steht ein bemerkenswerter Hinweis zu Batterien als Energiespeicher:
„Basierend auf der Berechnung sind Batterien nicht die Lösung für eine langfristige Energiespeicherung. Rechentechnisch würde der Materialbedarf, von den Kosten ganz zu schweigen, alle denkbaren Möglichkeiten übersteigen. Ein gutes Beispiel für andere benötigte Lösungen sind das Power to X-Denken und weiterer Technologien.“
In einem früheren Bericht befasst sich Michaux mit den Herausforderungen rund um die ehrgeizige Aufgabe des Ausstiegs aus fossilen Brennstoffen (Öl, Gas und Kohle), die derzeit in der Verbrennungsmotortechnologie von Fahrzeugen und zur Stromerzeugung verwendet werden. Für die hier vorgestellten Berechnungen wurde ein neuartiger Bottom-up-Ansatz (im Gegensatz zum typischen Top-down-Ansatz) verwendet. Frühere Studien konzentrierten sich auch eher auf die geschätzten Produktionskosten und den CO2-Fußabdruck, während der vorliegende Bericht auf dem physischen Materialbedarf basiert. Alle Daten, Abbildungen und Grafiken wurden aus öffentlich zugänglichen Quellen erstellt oder reproduziert und sind angemessen zitiert. Der beeindruckende Bericht [3] umfasst 1000 Seiten.
Zusammenfassend wurde festgestellt, dass jedes nicht-fossile Brennstoffsystem im Vergleich zu allen anderen Systemen klare Vor- und Nachteile hat. Es werden Empfehlungen gegeben, wann ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug verwendet werden sollte und wann ein H2-Zellen-Fahrzeug die bessere alternative Technologie ist und die erforderliche elektrische Leistung zum Laden der EV-Batterien und zur Herstellung des Wasserstoffs berücksichtigt. Es wird empfohlen, einen kleinen Teil der Luftfahrtindustrie mit Biokraftstoffen zu versorgen, und Biomasse wird empfohlen, um Biokunststoffe herzustellen und einen Teil der bestehenden Kunststoffindustrie zu ersetzen. Die Kernenergie kann von der derzeitigen Kapazität aus moderat ausgebaut werden, um einige Industriebetriebe zu unterstützen und Gebäude über den Winter zu heizen, insbesondere in der nördlichen Hemisphäre.
Nachdem die Größe und der Umfang des Fußabdrucks eines nicht-fossilen Energie- und Verkehrssystems entwickelt worden waren, wurde es mit bestehenden strategischen Studien verglichen, die auch zukünftige Ziele für den Ausstieg aus fossilen Brennstoffen untersuchten. Es wurde festgestellt, dass die Anzahl der zu ersetzenden und zu unterstützenden Fahrzeuge in früheren Arbeiten erheblich unterschätzt wurde, was sich auf die prognostizierten Zahlen für die Herstellung von Elektrofahrzeugen, Batterien und H2-Zellen-Fahrzeugen auswirkt, was wiederum zu einer niedrigeren Schätzung der Größe des erforderlichen Stromnetzes führt. Daher ist die Anzahl der benötigten neuen Kraftwerke, die in dieser Studie geschätzt werden, viel größer als in jedem früheren Bericht. Außerdem sehen die aktuellen politischen Ziele (z. B. das Europäische Parlament) vor, dass bis zum Jahr 2030 30 % des globalen Energie- und Verkehrssystems erneuerbar sein sollen. Dies ist nur noch 8,5 Jahre entfernt, und die Inkubationszeit für den Bau eines neuen Kraftwerks kann zwischen 2 und 5 Jahren (oder 20 Jahren für ein Kernkraftwerk) liegen.
Die Masse der Lithium-Ionen-Batterien, die für den Antrieb der in Szenario F vorgeschlagenen 1,39 Milliarden Elektrofahrzeuge erforderlich sind, würde 282,6 Millionen Tonnen betragen. Vorläufige Berechnungen zeigen, dass die globalen Reserven, geschweige denn die globale Produktion, möglicherweise nicht ausreichen, um die benötigte Menge an Batterien zu beschaffen. Theoretisch gäbe es weltweit genügend Reserven an Nickel und Lithium, wenn sie ausschließlich zur Herstellung von Li-Ionen-Batterien für Fahrzeuge verwendet würden. Um nur eine Batterie für jedes Fahrzeug der globalen Transportflotte herzustellen (ausgenommen Lkw der Klasse 8), wären 48,2 % der weltweiten Nickelreserven von 2018 und 43,8 % der globalen Lithiumreserven erforderlich. Es gibt auch nicht genug Kobalt in den aktuellen Reserven, um diesen Bedarf zu decken, und es muss noch mehr entdeckt werden. Jede der 1,39 Milliarden Lithium-Ionen-Batterien könnte nur eine Nutzungsdauer von 8 bis 10 Jahren haben. 8-10 Jahre nach der Herstellung sind also neue Ersatzbatterien erforderlich, entweder aus einer abgebauten Mineralquelle oder aus einer recycelten Metallquelle. Dies ist wahrscheinlich nicht praktikabel, was darauf hindeutet, dass die gesamte EV-Batterielösung möglicherweise überdacht und eine neue Lösung entwickelt werden muss, die nicht so mineralintensiv ist.
Die Liefermengen von Strom aus Solar- und Windquellen sind sowohl in einem 24-Stunden-Zyklus als auch in einem saisonalen Kontext sehr schwankend. Ein Stromspeicherpuffer ist erforderlich, wenn diese Stromerzeugungsanlagen in großem Maßstab eingesetzt werden sollen. Wie groß dieser Strompuffer sein muss, ist umstritten. Eine konservative Schätzung, die für diesen Bericht ausgewählt wurde, war ein 4-wöchiger Stromkapazitätspuffer für Sonne und Wind, nur um die Wintersaison in der nördlichen Hemisphäre zu bewältigen. Aus Szenario F würde die Pufferkapazität des Stromspeichers für das globale Stromnetz 573,4 TWh betragen.
Im Jahr 2018 machten Pumpspeicher, die an ein Wasserkraftwerk angeschlossen sind, 98 % der bestehenden Stromspeicherkapazität aus. Würde dieser Leistungspuffer durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batteriebänken geliefert, würde die Masse der Lithium-Ionen-Batterien 2,5 Milliarden Tonnen betragen. Das übersteigt bei weitem die globalen Reserven und ist nicht praktikabel. Es ist jedoch nicht klar, wie diese gepufferte Leistung mit einem alternativen System bereitgestellt werden könnte. Wenn kein alternatives System entwickelt wird, kann die Wind- und Solarstromerzeugung möglicherweise nicht auf den vorgeschlagenen globalen Umfang skaliert werden.
In der Quintessenz deutet dieser Bericht darauf hin, dass der Ersatz des bestehenden mit fossilen Brennstoffen betriebenen Systems (Öl, Gas und Kohle) durch erneuerbare Technologien wie Sonnenkollektoren oder Windturbinen für die gesamte Weltbevölkerung nicht möglich sein wird. Es gibt einfach nicht genug Zeit und Ressourcen, um dies zu erreichen, wie das derzeitige Ziel der einflussreichsten Nationen der Welt vorsieht. Was daher erforderlich sein könnte, ist eine deutliche Reduzierung der gesellschaftlichen Nachfrage nach allen Ressourcen aller Art. Dies impliziert einen ganz anderen Gesellschaftsvertrag und ein radikal anderes Regierungssystem als das, was heute gilt. Dies führt unweigerlich zu der Schlussfolgerung, dass die bestehenden Sektoren der erneuerbaren Energien und die EV-Technologiesysteme nur Sprungbretter zu etwas Anderem und nicht zur endgültigen Lösung sind. Es wird empfohlen, dass man sich Gedanken darüber macht und darüber, was das Andere sein könnte. (Zitatende)
Hoffnungsträger der Energiewende ist das Fusionskraftwerk. Doch viele Fachleute warnen vor zu großen Erwartungen. Der Weg zur kontrollierten Kernverschmelzung hat sich als lang, steinig und teuer erwiesen. Seit den früheren Fünfzigerjahren arbeiten Wissenschaftler an dieser Technik der Stromerzeugung. Die Aufgabe hat sich als viel komplexer herausgestellt als gedacht.
Quellen: