Jedes Mal, wenn wir die Umweltauswirkungen eines Elektrofahrzeugs berechnen, verwenden wir Daten aus der Lithiumkarbonatproduktion im Salar de Atacama in Chile. Um die steigende Nachfrage nach Lithium zu befriedigen, werden andere, umweltschädlichere Abbaumethoden entwickelt. Die unzureichende Verfügbarkeit von Daten verhindert jedoch eine ordnungsgemäße Buchführung, was zu unterschätzten Umweltschäden führt. Was wir brauchen, sind transparentere Lieferketten für eine kohlenstoffarme Gesellschaft.
Wenn wir in einer kohlenstoffarmen Gesellschaft leben wollen, müssen wir Lithium. In Form von Lithium-Ionen-Batterien wird dieses Metall in enormen Mengen für die Elektrifizierung des Mobilitätssektors und für Energiespeichersysteme benötigt werden. Derzeit wird Lithium hauptsächlich aus Gestein in Australien und aus Solen in Chile gewonnen. Die Minen im chilenischen Salar de Atacama sind derzeit die größten Produzenten aus Solen und negativ Auswirkungen auf die Umwelt. So trägt beispielsweise die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Emission von Treibhausgasen bei, und der Wasserverbrauch gefährdet die Ökosysteme. Schlimmer noch: Vergleicht man die Auswirkungen dieser beiden Abbaumethoden auf den Klimawandel, so ist Lithium aus Erzen in Australien mit höheren Treibhausgasemissionen verbunden als Lithium aus dem Salar de Atacama.
Mit Blick auf die Zukunft wird die Nachfrage nach Lithium wird in die Höhe schnellen. Doch woher soll das Lithium kommen und welche Umweltschäden sind damit verbunden? Gegenwärtig befinden sich mehr als zwei Drittel der weltweiten Lithiumressourcen in Solen in Salinen in Südamerika und Salzseen in China. Folglich müssen neben der derzeit in Betrieb befindlichen Mine im chilenischen Salar de Atacama auch andere Solenvorkommen in Argentinien und China betrieben und Lithium gewonnen werden. Die Umweltbedingungen sind an jedem Standort einzigartig, und die im Salar de Atacama eingesetzte Spezialtechnologie ist anderswo nicht anwendbar. Daher, andere Technologien wurden in Argentinien und China für Solen entwickelt und modifiziert, aber einige von ihnen sind bekannt für ihre hoher Wasser- und/oder Chemikalienbedarf. Problematisch ist, dass es keine öffentlich zugänglichen Daten zur Bewertung möglicher Auswirkungen gibt - wir wissen also nicht wirklich, ob Lithium aus anderen Regionen die Umweltschäden verschlimmert oder nicht. In diesem Beitrag werde ich argumentieren, dass wir transparentere Lieferketten brauchen, wenn wir einen nachhaltigen Übergang zu einer kohlenstoffarmen Gesellschaft erreichen wollen.
Die berühmteste Lithiummine der Welt
Der Salar de Atacama ist einer der größte Lithiumvorkommen derzeit bekannt. Diese Salzebene ist das Ergebnis alter, verdunsteter Salzseen. Seit mehr als vier Jahrzehnten wird Lithium abgebaut und die Produktionskapazität ständig erhöht (die Entwicklung der Infrastruktur ist in Abb. 1 zu sehen). In einem ersten Schritt wird die unterirdische Sole in Verdunstungsteiche gepumpt. Durch die solare Verdunstung verringert sich das Solevolumen, Salze fallen aus, und in der Folge wird Lithium in der Restsole angereichert. Sobald eine bestimmte Konzentration erreicht ist, wird die Sole an die Aufbereitungsanlage weitergeleitet. Es sind mehrere Schritte erforderlich, um unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen und eine hochkonzentrierte Lithiumlösung zu erhalten. In einem letzten Schritt werden Chemikalien hinzugefügt, um Lithiumkarbonat auszufällen.
Abbildung 1: Zeitraffer (1984 - 2022) der Entwicklung der Mine Salar de Atacama. Die Rechtecke sind die sogenannten Verdunstungsteiche (der erste Schritt der Lithiumgewinnung). Die Daten stammen von Google Earth. Mit freundlicher Genehmigung von Leopold Peiseler.
Die Ökobilanz ist ein leistungsfähiges Instrument zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen, aber auch zur Untersuchung der ökologischen Brennpunkte entlang der jeweiligen Lieferketten. Speziell für diesen Produktionsweg liegen Unternehmensdaten für den Salar de Atacama vor. Für die Auswirkungen des Klimawandels sind die Hauptverantwortlichen Wärme und Chemikalien. Die Wärmeerzeugung basiert hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen, könnte aber in Zukunft durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Die Herstellung von Chemikalien (z. B. von Soda, das für die Herstellung des endgültigen Lithiumkarbonats benötigt wird) ist sehr energieintensiv und basiert ebenfalls auf fossilen Brennstoffen. Erneuerbare Energien könnten beispielsweise den Bedarf an fossilen Brennstoffen für die Herstellung von Soda verringern. Daher müssten auch diese Lieferketten dekarbonisiert werden, um die Auswirkungen der Lithiumcarbonatproduktion auf den Klimawandel zu verringern.
Der Verbrauch von Wasser in Trockengebieten wie dem Salar de Atacama kann Auswirkungen auf empfindliche Feuchtgebiete und Seen haben. Bei der Herstellung von Lithiumkarbonat gibt es zwei Arten von Wasserbedarf: 1. die lithiumhaltige Sole und 2. das Süßwasser, das für die Lithiumkarbonatproduktion direkt vor Ort, aber auch in den entsprechenden Lieferketten (z. B. bei der Herstellung von Soda) verwendet wird. Bei der Quantifizierung der Auswirkungen der Wasserknappheit durch eine vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen empfohlene Methodewird per Definition nur der Süßwasserverbrauch bewertet. Aus Sicht der Ökobilanz sind die Auswirkungen der Wasserknappheit für das vor Ort verbrauchte Süßwasser relevanter als für das Süßwasser in den Lieferketten (z. B. bei der Herstellung von Chemikalien und der Energieversorgung).
Aufgrund ihres hohen Salzgehalts sind Solen für Ökosysteme und Menschen nicht zugänglich und/oder nutzbar und werden daher bei der oben genannten Methode ausgeschlossen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Auswirkungen des Abpumpens der Sole an die Oberfläche nicht untersucht werden sollten. Hydrogeologische Analysen sind erforderlich, um die Auswirkungen auf die Grundwasserleiter und Ökosysteme im Salar de Atacama zu bewerten. Forschung hat gezeigt, dass das jahrzehntelange Abpumpen der Sole die hydrogeologischen Systeme im Salar de Atacama beeinträchtigt hat. Durch die Verwendung Satellitenbilderwurden die Auswirkungen der umliegenden Ökosysteme untersucht. Die Autoren betonten, dass andere Stressfaktoren wie Tourismus und Bevölkerungswachstum, die sich möglicherweise auf das lokale System des Salar de Atacama auswirken, weiter erforscht werden müssen.
Lithium aus anderen Salzseen in einer Li-Ionen-Batterie
Aufgrund des steigenden Lithiumbedarfs wird die Förderung nur im Salar de Atacama nicht ausreichen. Daher wurden Salzseen mit hohen Lithiumkonzentrationen in China und Argentinien für die Lithiumkarbonatproduktion interessant. Die Lithiumkonzentration in diesen Lagerstätten ist jedoch niedriger als die des Salar de Atacama, und ungünstige Elemente (z. B. Magnesium oder Bor) verringern die Gewinnungsrate von Lithium, wenn die Produktionsroute des Salar de Atacama genutzt wird. Daher wurden andere Rückgewinnungstechnologien untersucht: So wird beispielsweise am Chaerhan-Salzsee in China Lithiumkarbonat mit der so genannten selektiven Lithiumionenadsorptionstechnik hergestellt. Doch wie verhält sich dieser Produktionsweg im Vergleich zu dem in Chile etablierten Verfahren? Angesichts des Mangels an öffentlich zugänglichen Daten, in unsere aktuelle Studiehaben wir Patente verwendet, um die Produktionswege in Argentinien und China standortspezifisch zu modellieren. Wir haben Umweltparameter wie die Chemie der Sole, die Jahrestemperatur und die Höhenlage berücksichtigt, die sich auf die Lithiumkarbonatproduktion auswirken. Die am Chaerhan-Salzsee angewandte Technologie ist gekennzeichnet durch seinen hohen Bedarf an Süßwasser und Energie im Vergleich zu dem des Salar de Atacama. Bei der Quantifizierung der Auswirkungen des Klimawandels und der Wasserknappheit haben wir festgestellt, dass die Auswirkungen etwa zehnmal (!) höher sind als im Salar de Atacama (Abbildung 2).
Abbildung 2: Illustrativer Vergleich der Lithiumkarbonatproduktion in Chile (Salar de Atacama) und China (Chaerhan-Salzsee). In dieser Grafik sind die Auswirkungen des Klimawandels und der Wasserknappheit für ein Kilogramm Lithiumkarbonat dargestellt. Die Auswirkungen des Klimawandels sind sehr unterschiedlich, wobei der chinesische Bergbau fast zehnmal so stark betroffen ist wie der Bergbau in Chile.
Dies führte unweigerlich zu der Frage: Was bedeuten diese Ergebnisse für die Herstellung einer Li-Ionen-Batterie? Am Beispiel der Auswirkungen auf den Klimawandel zeigt sich, dass die Verwendung von Lithiumcarbonat aus Chaerhan für eine Lithium-Ionen-Batterie diese Auswirkungen bereits um 19% erhöht (Abbildung 3). Dies ändert in den meisten Fällen nichts an der CO2-Überlegenheit von Elektrofahrzeugen (EV) gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (Sie können gerne selbst experimentieren, indem Sie Der PSI-Kalkulator).
Unsere Studie zeigt deutlich, dass die Herkunft des Lithiums die Auswirkungen auf das Treibhauspotenzial von Lithium aus verschiedenen Salzlagerstätten in einer Lithium-Ionen-Batterie erheblich beeinflusst. Mit anderen Worten: Wenn eine Batterie tatsächlich Lithium aus dem chinesischen Chaerhan-Salzsee enthält, wurde ihre Auswirkung auf den Klimawandel angesichts des Mangels an Daten bisher unterschätzt.
Abbildung 3: Auswirkungen der Produktion von 1 kg Li-Ion-Batterie auf den Klimawandel. Der Beitrag von Lithium aus dem Standort ist türkis hervorgehoben
Die Politik wird weltweit immer strenger, nicht nur im Hinblick auf die Auswirkungen des Klimawandels, sondern auch in Bezug auf faire und soziale Praktiken in der Lieferkette (z. B., EU-Richtlinie über die Sorgfaltspflicht in der Lieferkette). Aber wie können solche Maßnahmen bei undurchsichtigen Lieferketten durchgesetzt werden? Erfreulicherweise sind die politischen Entscheidungsträger nicht nur auf die Transparenz der Lieferketten angewiesen, sondern sie beeinflussen sie auch. Jüngste Entwicklungen in der politischen Landschaft machen deutlich, dass die Herkunft von Rohstoffen immer wichtiger wird (z. B. die US-Gesetz zur Verringerung der Inflation) und drohen sogar, Batteriehersteller, die auf zu kohlenstoffintensive Materialien angewiesen sind, vom Wirtschaftsmarkt auszuschließen (z. B., EU-Batterieverordnung). Zu den konkreten Vorschlägen, wie diese ehrgeizigen Ziele erreicht werden können, gehören die derzeit entwickelten EU Batterie Passporteinen digitalen Produkt-"Pass", in dem eine Vielzahl von Informationen, einschließlich der Herkunft kritischer Materialien, gespeichert sind. Auf diese Weise wird es im besten Interesse der Akteure entlang der Lieferkette sein, nicht nur ihre Beschaffung und Produktion transparenter zu gestalten, sondern auch die Emissionen in Betrieb und Lieferkette zu verringern.
Wir brauchen dringend transparentere Lieferketten, um die ökologischen und sozialen Auswirkungen genau zuordnen zu können und die Auswirkungen der vorgelagerten Industrien, wie z. B. des Bergbaus, zu verstehen. Darüber hinaus ist eine standardisierte Berichterstattung über den Kohlenstoff-Fußabdruck erforderlich, um die Entwicklung effizienter Dekarbonisierungsstrategien zu ermöglichen und gleichzeitig eine starke Verlagerung der Umweltbelastung zu vermeiden. Wir rufen die Akteure in der Industrie, die politischen Entscheidungsträger und die Verbraucher dazu auf, die bestmöglichen Anstrengungen zu unternehmen, um die Transparenz in der Lieferkette schnell und deutlich zu verbessern, und dies zu fördern und zu fordern.
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