lithium als grundlage für elektromobilität fakten …...leichtbau: aluminium, magnesium, cfk •...
TRANSCRIPT
Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe ist
eine technisch-wissenschaftliche Oberbehörde im
Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Energie (BMWi).
Britta Bookhagen
Deutsche Rohstoffagentur (DERA)
in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
Lithium als Grundlage für Elektromobilität – Fakten und
Trends
Wien, 23. November 2018
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Agenda
1. DERA (Aufgaben, Ziele, Arbeitsweise)
2. Batterierohstoffe: Lithium speziell
3. Batterierohstoffe allgemein: Co, Ni, Graphit, Mangan
4. Fazit
Gründung der DERA als Teil der Rohstoffstrategie der BReg
• 2010 Gründung als politische Reaktion auf den Rohstoffzyklus
• Forderung/Wunsch der Industrie
• Staatliche Einrichtung
Fachbereich der BGR: Finanzierung durch Haushaltsmittel
Geschäftsbereich des BMWi
Aufgaben und Leistungen der DERA
DERA-Kontaktbüro: Ad hoc Beratung zu (allen) rohstoff-
wirtschaftlichen Fragen
Rohstoffwirtschaft: Analyse und Bewertung von
Beschaffungs-risiken und Diskussion von
Ausweichstrategien
Rohstoffpotenzialbewertung: Bewertung von Rohstoff-
potenzialen zur Identifizierung neuer Liefer- und
Investitions-möglichkeiten
+ +
Beratungsleistungen der DERA zur nachhaltigen und sicheren Rohstoffversorgung
DERA Rohstoffmonitoring
Lithium Basics
Das Vorkommen von Lithium in der Erdkruste ist etwa
0,005 % (50 ppm) häufiger als Pb, seltener als Co
Lithium ist ein weiches, silbriges (Alkali-)Metall mit der geringsten
Dichte von allen Metallen (Raumtemp.).
Es reagiert heftig mit Wasser und an Luft.
DERA 2016 (Albemarle, Salar de Atacama)
Solevorkommen
(Salare)
DERA 2017 (Galaxy Resources, Mt. Catlin )
Festgestein
Lithium - Abbau
Angebot ca. 1:1
Lithium: Solevorkommen
Lithium: Festgesteine
DERA 2016 (Bikita, Simbabwe)
DERA 2017(Pilbara, Australien
Australien, Kanada, Simbabwe
Li-Abbau: Vergleich Kosten (in %)
Verwendung von Lithum
2016: approx. 38.000 t Li-Inh
Source: ROSKILL 2016
Warum Lithium für Batterietechnologien?
Lithium hat
- höchste elektrochemische Potenzial der Metalle (–3,05 V)
- höchste Kapazität (3.860 Ah/kg) der Metalle
Im Vergleich zu anderen Batterietypen weist die Lithium-Ionen-
Batterietechnologie (LIB) die höchste Energiedichte (ca. 250
Wh/kg), die längste Zyklenlebensdauer, den weitesten
Temperatureinsatzbereich und die geringsten Selbstentladeraten (1
– 2 %/a) auf.
Als Anodenmaterial in LIB kommt hauptsächlich Grafit bzw. grafitbasierte Stoffe zum Einsatz.
Für E-Mobilität
derzeit relevant
Li in Kathoden bspw. als
- Lithium-Kobalt-Oxide (LCO)
- Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt Oxide (NMC) 1:1:1, 5:3:2 (8:1:1)
- Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxide (NCA)
- etc…
Explorationsboom bei Lithium
0
50
100
150
200
250
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Mio
. U
SD
Explorationsausgaben Lithium
• Preisanstieg sorgte für Erkundungsboom
Zusammenfassung Lithium
• Lithium Markt sehr dynamisch in den letzten Jahren
• Aufgrund seiner Eigenschaften wird Lithium eine Schlüsselrolle
bei LIB behalten
• Nachfrage für Lithium könnte sich verdoppeln oder verdreifachen
zwischen 2015 and 2025.
• Angebot könnte sich um Faktor 2,5 – 3,6 bis 2015 erhöhen
• Recycling: Angebot aus sekundären Quellen bisher noch nicht
relevant aber wird zunehmen (aus LIB werden derzeit
hautpsächlich Ni, Co, Mn recycelt)
• China ist derzeit der bei weitem wichtigste Verkaufsmarkt für
E-Mobilität. Daher werden die Entwicklungen in China den
globalen Markt stark lenken
15
© Fotolia.com© Fotolia.com
Elektromobilität
Li, Co, Ni, Mn, Graphit
Cu
Foto: Fotolia
Rohstoffe für die E-Mobilität
Traktionsbatterie:
Lithium, Kobalt,
Nickel, Graphit,
ManganPowertrain:
Kupfer, Seltene
Erden (Neodym,
Dysprosium)
Quelle: BMW
Leichtbau:
Aluminium,
Magnesium, CFK
• Deutschland ist bei fast
allen diesen Rohstoffen
auf Importe angewiesen.
• Recycling und
Sekundär-rohstoffe
tragen in Zukunft zum
Angebot bei - heute ist
das Angebot jedoch
(noch) limitiert.
Internationaler Wettlauf
um Rohstoffe!
Rohstoffbedarf für Batterie (~230 kg)
35 kg Graphit,
je 12 kg Nickel, Kobalt, Mangan,
6 kg Lithium,
+ Kupfer + Aluminium
(mehr Cu als Li in Batterie!)
Elektrotechnik:
Si, Ga, Ge
Nachfrage nach bestimmten Rohstoffen durch E-Mobilität wird steigen
Lithium-Ionen-Batteriekapazität in GWh Rohstoffbedarfe der E-Mobilität* im Jahr
2025 gemessen an heutiger Produktion:
• Lithium: 200%
• Kobalt: 70%
• Graphit: 50%
• Nickel: 25%
*Basis: 10 Mio. EV mit 50 kWh bis 2025
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20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
-
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
US
D/t
Lith
ium
US
D/t
LITHIUM: Lithium-Carbonate, min. 99-99.5 % Li2CO3, large contracts, USA, delivered continental
Lithium carbonate min 99.5% ex-works China C
Cobalt Sulfate [99.8% calculated] Delivered China
KOBALT: LME, min. 99,8 %, cash, in LME warehouse
Preisentwicklungen
Materialkosten machen > 40-50% der Kosten von LIB Zellen aus
Lithiumcarbonate
Beispiel BMW i3:
~ 1.000 $ Co
~ 150 $ Li
Metallinhalte im Kathodenmix-EV: kg/kWh
Wegen Beschaffungsrisiken & Energiedichte: Trend geht zu nickelreichen
Kathoden
Wann kommen optimierten Zellen?
• Starke Nachfrage nach Nickel
• Kobaltfreie Kathode noch nicht in
Sicht
• Rasche Substitutionserfolge
ungewiss
Wert- und mengenmäßig sind
Kobalt und Nickel wichtiger als
Lithium: aber, jede Zellchemie, von
LFP bis NMC opt. ebenso wie Solid
State benötigt heute Lithium!
Markthochlauf der Elektromobilität wird auf Lithium-Ionen-Batterien basieren
Qu
elle
: Um
ico
re2017
Batteriegrößen: in kWh (Durchschnitt)
• Lithium-Ionen-Batterien mit einer flüssigen Kathode aus Nickel, Kobalt und Lithium und
einer Kohlenstoffanode werden bis 2025 für den Bereich der PKW dominieren.
• Festkörperbatterien (Solid-State) mit höheren Energiedichten werden nicht vor 2025 im
Massenmarkt erwartet.
• Im Bereich dieser Batteriegeneration sind asiatische Anbieter derzeit führend
„Reichen“ die Rohstoffe?
Begriff Reichweite ist statisch – nur Momentaufnahme
Geopotenziale
Nicht nachgewiesene,
aber geologisch
mögliche, künftig
gewinnbare Mengen
Ressourcen
Nachgewiesene, aber zur
Zeit technisch und/oder
wirtschaftlich nicht
gewinnbare Mengen
dynamische
Grenzen
Reserven
Zu heutigen Preisen
und mit heutiger
Technik wirtschaftlich
gewinnbare Mengen
Explorationsaktivitäten Technischer
Fortschritt
Rohstoff-
preise
Abhängig von
- Preisen
- Lagerstätte
- Techn. Fortschritt
(„Peak Oil“)
- ...
Geologische Verfügbarkeit
(Geostrategische) Faktoren
Länderkonzentration, Länderrisiko
Handelshemmnisse (Quoten, Zölle),
Infrastruktur
Konjunkturelle Entwicklung
Nachfrage, Megatrends, Marktdeckung
Substitutionsmöglichkeiten, neue
Technologien
Recycling und Ressourceneffizienz
Umwelt- und Sozialstandards
Transparenz und Nachhaltigkeit
Faktoren der Versorgungssicherheit (u.a.)
DERA Rohstoffliste: Screening der Angebotskonzentration
Risikogruppe 1
Risikogruppe 3
1.500
Länderkonzentration [HHI]
Gew
ich
tete
s L
än
derr
isik
o
[GL
R]
-0,5
0,5
2.500
HHI
(Herfindahl-Hirschmann-
Index):
Maß für die
Länderkonzentration
HHI > 2.500 konzentrierte
Märkte
GLR
(Gewichtetes Länderrisiko):
Governance Indikator
der Weltbank (WGI) gewichtet
mit Anteil der Produktion
GLR < -0,5 gelten als hoch
Bergwerksförderung:
Australien 40%,
Chile 36%, Argentinien
11%
Lithium
Bergwerksförderung:
Indonesien 21%,
Kanada,
Australien je 11%
Nickel
Bergwerksförderung:
Südafrika 30%, China
28%, Australien 12%
Mangan
Marktkonzentrationen im Bergbau allgemein hoch – Rohstoffe für
Elektromobilität keine Ausnahme
Bergwerksförderung:
DR Kongo 61%,
China 7%, Australien
4%
Kobalt
Bergwerksförderung:
China 70%, Indien 12%,
Brasilien 7%
Graphit
Bergwerksförderung:
China 85%, Australien
10%, Indien 3%
Seltene Erden
Märkte oftmals von nur einem Anbieter abhängig
0
10
20
30
40
50
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100
%
89
CN
86
CN81
CN
72
CN
70
CN
70
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CN
60
CN
55
CN
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CN
46
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CN
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AUS
Bei 23 von 53 Bergwerksprodukten ist China größtes Bergbauland
Bei 21 von 26 Raffinadeprodukten ist China größter Produzent
Chinesisches
Auslandsengagement
vor allem bei
Lithium
Kobalt
um Abhängigkeiten
zu reduzieren.
„Selbst“ China muss seinen Rohstoffbedarf für die E-Mobilität durch Importe
decken
Lithiumkarbonat Nickelsulfat Kobaltsulfat Mangan Graphit
Verschnaufpause bei den Batterierohstoffen oder langfristiger Trend?
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Ju
ni 2
01
5 =
1
Lithium
Starker Nachfrageimpuls durch
Elektromobilität
Massiver Ausbau der Kapazitäten,
mittelfristig keine Angebotsdefizit
Hohe Angebotskonzentration der
Förderung und Weiterverarbeitung
3 Unternehmen kontrollieren 80 % der
Förderung
Wetten auf die Nachfrage
Graphit Kontrolle der Förderung und
Weiterverarbeitung durch China (70%)
Hohe Umweltbelastung in der
Weiterverarbeitung
Massiver Ausbau der Kapazitäten,
keine Angebotsdefizit im Bereich der
Bergwerksförderung
Zuletzt Preisanstieg bei Batteriequalität
Chinesische Marktmacht
Kobalt
Politische Unsicherheiten im Kongo
Imagerisiken durch Kleinbergbau
Hohe Länderkonzentration:
meiste Produktion kommt aus der DR
Kongo
Weiterverarbeitung findet
hauptsächlich in China statt
China investiert in Bergbau und
Weiterverarbeitung
Hohe Versorgungsrisiken
Nickel Niedrige Angebotskonzentration der
Förderung und Weiterverarbeitung
Li-Ionen Batterie wird größter Treiber
der Gesamtnickelnachfrage
Drosselung des Angebots an Nickel
Class 1 (Feedstock für NiSO4)
Neue Kapazitäten der
Weiterverarbeitung v.a. Fernost
Nickel Class 1 als Schlüssel
Hohe Versorgungsrisiken
Geringe
Versorgungsrisiken
Beurteilung der Beschaffungsrisiken
Beurteilung der Beschaffungsrisiken
Hohe Versorgungsrisiken
Geringe
Versorgungsrisiken
Hochtechnologie-
metalle
Silizium, Gallium, Germanium, Indium
China kontrolliert die Produktion seit
einigen Jahren
Projekte in ROW oftmals nicht
wirtschaftlich, bekommen chin.
Marktmacht zu spüren
Oftmals Überkapazitäten
Hohe Preisvolatilität
China, China, China
Hohe Marktmacht Chinas (>85 %),
sowohl im Bergbau als auch in der
Weiterverarbeitung
Illegaler Bergbau in China
Ungleiche Entwicklung: Starke
Nachfrage für Magnete trifft v.a.
Neodym und Praseodym
Konsolidierung der chin. SEE-
Marktes
Hohe Abhängigkeit
Seltene Erden
Unterexploriert? Hohe Nachfrage
trifft auf (temporären)
Investitionsstau
Primärangebot relativ diversifiziert
China baut Raffinadekapazitäten auf:
Markt für Kupferkonzentrat wird
enger
Angebotskonzentration der
Weiterverarbeitung moderat
Moderate Preisvolatilität
Wetten auf die Nachfrage
Kupfer
• Bergwerksförderung/Mining
• Batteriequalität
• Kathode, Anode, Elektrolyte
• Zellfertigung und
Batterieproduktion
• OEM
Werts
ch
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fun
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Wertschöpfung der Batterie konzentriert sich in Asien
Kobalt: DR Kongo 61%, China 7%, Australien 4%
Graphit: China 70%, Indien 12%, Brasilien 7%
Lithium: Australien 40%, Chile 36%, Argentinien 11%
Kobalt und Graphit: v.a. in China
Lithium: Südamerika, USA, Südost-Asien
Mehr als 90 % der globalen Produktion von
China, Japan und Südkorea dominiert
Asien dominiert, wenige „etablierte“
Batterieproduzenten (rasch expandierende
Newcomer aus China)
Verantwortungsvoller Rohstoffeinkauf
32
Sonderfall Kobalt
– DR Kongo der größte Produzent, signifikanter Anteil wird
im Kleinbergbau gewonnen, dort sind Kinderarbeit und
andere Risiken relevant
– Industrie (Abnehmer) engagiert sich zum Thema, z. B.
Responsible Raw Materials Initiative
EU-Verordnung zur Sorgfaltspflicht
Transparente Wertschöpfungsketten
Mehr Infos auf www.bgr.bund.de unter EU-Sorgfaltspflichten in Rohstofflieferketten
Globale Kobaltversorgung hängt am Kongo – auch in Zukunft
Fazit: Primärförderung wird standhalten
• Durch die Elektromobilität wird die Nachfrage nach einigen mineralischen
Rohstoffen stark steigen
• Materialkosten machen einen erheblichen Teil der Batteriekosten aus. Ein
sicherer und wettbewerbsfähiger Rohstoffbezug ist daher von großer Bedeutung
• Batterierohstoffe sind aus geologischer Sicht nicht knapp. Temporäre
Angebotsdefizite können jedoch den Einkauf und das Risikomanagement vor
Herausforderungen stellen
• Asien drängt: Strategische Einkäufe (wohl staatlich protegiert), langfristige
Abnahmeverträge, Expansion heimischer Weiterverarbeitungskapazitäten
• Die Förderung und Weiterverarbeitung vieler Rohstoffe ist heute auf sehr
wenige Produzenten(-länder) konzentriert. Entsprechend hoch ist die
Marktmacht und die Abhängigkeit in den Lieferbeziehungen. Dies gilt
insbesondere auch für Rohstoffe die für eine „green-future-Vision“ wichtig sind
„Green Future“ gibt es nicht ohne neue Abhängigkeiten
• Wir sind bei fast allen
diesen Rohstoffen auf
Importe angewiesen
• Neue Abhängigkeiten
nicht ausblenden
Aktuelle DERA Detailstudien
– DERA-Rohstoffliste Dez 2018/Jan 2019
– Kobalt Dez 2018
– Tantal Nov 2018
– Gallium Nov 2018
– Lithium Jul 2017
– ...
frei verfügbar auf unserer Webseite
www.deutsche-rohstoffagentur.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Hardrock Deposits
- > 200 Li-containing minerals (> 0,002% Li2O); 25 Li-containing minerals (> 2% Li2O)
- Hardrock deposits contribute about 50 % of global supply.
No economic
importance
as of now.