Elektroautos: Rohstoffe für Magneten und Akkus werden knapp

Wenn wir wie geplant Millionen von Elektroautos bauen, gehen uns dafür womöglich bald wichtige Rohstoffe wie Seltene Erden (Magnete) und Lithium (Akkus) aus.

In der Studie „Strombegleitung“ (PDF) haben das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das Wuppertal Institut Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen elektrifizierter PKW untersucht. Die Autoren geben einen umfassenden Einblick in den aktuellen Stand der Technik, identifizieren Trends und analysieren die Ökobilanz unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte. Die gute Nachricht: Treibhausgasemissionen lassen sich mit Elektromobilen tatsächlich verringern. Doch hohe Anschaffungskosten und eine schwache Infrastruktur stellen neben begrenzten Reichweiten noch immer Hürden für die Elektromobilität dar.

Rohstoffe für Elektroautos werden knapp

Die Untersuchung geht von einer Million Elektroautos in Deutschland im Jahr 2026 aus, im Jahre 2030 sollen es bereits zwei Millionen sein und 2040 soll sogar jedes zweite Auto in Deutschland elektrisch fahren. Die Studie kommt zu dem Schluss, „dass die Förderung der Elektromobilität aus Sicht der Klimawirkung sinnvoll sein kann und einen Beitrag zu den politischen Klimaschutzzielen leisten kann“, sofern der Ausbau der erneuerbaren Energien damit einhergeht.

Zugleich sorgen sich die Forscher über den dadurch steigenden Materialbedarf: In keinem der entworfenen Szenarien zeige sich eine Reduktion des absoluten Materialverbrauchs des weltweiten Pkw-Verkehrs im Vergleich zu heute. Rohstoffengpässe zeichnen sich demnach vor allem bei speziellen Metallen („Seltene Erden“) und Lithium ab.

So verwenden Elektromotoren häufig Permanentmagnete auf Basis sogenannter Seltenerdmetalle. Sie weisen eine hohe Energiedichte auf und sind leichter als vergleichbare Magnete aus anderen Materialien. Doch bei Stoffen wie Dysprosium besteht eine hohe Abhängigkeit von Lieferländern wie China. „Um beim Ausbau der Elektromobilität Versorgungsengpässe zu verhindern, müssen wir über alternative Maschinentypen nachdenken, Recyclingverfahren für besonders knappe Rohstoffe entwickeln und nach alternativen Materialien suchen“, so Matthias Klötzke, Projektkoordinator der Studie beim DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte.

Elektromobilität braucht bessere Akkus

Auch Lithium stellt ein Problem dar. Noch dominieren Lithium-Ionen-Akkus, mit denen 80 Prozent der Automobile fahren. Laut Studie erreicht die Nachfrage nach Lithium in allen betrachteten Elektromobilitätsszenarien bereits kritische Dimensionen. Die Umstellung auf Elektromobilität würde bereits einen erheblichen Teil der weltweiten Lithiumreserven aufbrauchen. Der Bedarf an Lithium wäre in der Elektromobilität selbst dann kritisch hoch, man dafür Recycling-Systeme aufbauen würde.

Für die Zukunft rechnen die Forscher deshalb mit steigenden Kosten und höheren Umweltbelastungen. Sie empfehlen, Recyclingverfahren für Stoffe wie Lithium oder Seltene Erden verstärkt weiterzuentwickeln und großflächig einzusetzen sowie die Forschung an alternativen Batterietechnologien und Energieträgern zu fördern. Auch sollten schon Forschung und Entwicklung auf eine Minimierung des Einsatzes materialintensiver Komponenten achten.

Zahlen: Japan und USA führen, China holt auf

Die Studie basiert auf einer eigens angelegten Datenbank, die sämtliche elektrifizierte Personenkraftwagen erfasste und bis auf Bauteilebene analysierte – von bereits erhältlichen Serienfahrzeugen bis hin zu Prototypen und Forschungsfahrzeugen. Demnach gab es im Zeitraum von 2000 bis 2013 weltweit mehr als 500 elektrifizierte Pkw-Konzepte. Die Elektromobile kommen vor allem aus Japan, Deutschland, Frankreich, Südkorea und den USA.

Im Jahr 2013 wurden weltweit 210.000 Fahrzeuge mit externer Lademöglichkeit für die Batterie (sogenannte Hybride und rein batterieelektrische Fahrzeuge) verkauft, rund die Hälfte davon in den USA, dem derzeit größten Markt. Zweitgrößter Markt nach den USA ist Europa, es folgen Japan und China. In Europa sind Norwegen und die Niederlande besonders eifrige Elektroauto-Fahrer.

Vorreiter bei der Elektromobilität sind die Automobilindustrien von Japan und den Vereinigten Staaten. Sie entwickeln als Erste marktreife Fahrzeugmodelle und vermarkten sie besonders erfolgreich. Ganz allgemein sieht die Studie die USA, Deutschland, Japan und zunehmend auch China als treibende Kräfte bei der Grundlagenforschung.

Deutschland liege indes bei Forschung und Entwicklung zurück, vor allem bei Schlüsseltechnologien wie Leistungselektronik (sie steuert den elektrischen Energiefluss im Fahrzeug). Auch weist Deutschland laut Studie nur europaweit die höchsten Investitionen in die Forschung und Entwicklung im Bereich Elektromobilität auf, weltweit investiert vor allem China.

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