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Lithium

Lithium ist ein Leichtmetall aus der Gruppe der Alkalimetalle, nur gut halb so schwer wie Wasser. Das silberweiße und recht weiche Metall läuft an der Luft unter Bildung von Lithiumoxid und Lithiumnitrid an. In reinem Sauerstoff verbrennt es mit leuchtend roter Flamme bei 180°C zu Lithiumoxid. Mit Wasser reagiert Lithium heftig unter Bildung von Lithiumhydroxid.

Lithium ist ein wichtiger Legierungszusatz, z.B. für Achslagermetalle sowie für organische Katalysatoren. Die Weltjahresproduktion beträgt ca. 50.000 Tonnen.

In der Batterietechnik wird Lithium in Lithium-Batterien als Elektrodenmaterial verwendet, jedoch aufgrund technischer und sicherheitstechnischer Probleme praktisch nur noch in Form einer Vielzahl von Lithium-Legierungen (z.B. Lithium-Aluminium) oder Lithium-Verbindungen (z.B. Lithium-Kohlenstoff).

Aufgrund der Instabilität von Lithium in Wasser dürfen für Lithiumbatterien keine wässrigen Elektrolyte verwendet werden. Eingesetzt werden organische Elektrolyte mit hoher chemischer Beständigkeit und guter Löslichkeit für Lithiumsalze, zum Beispiel Alkohol-Cabonate mit Lithiumhexafluorphosphat (LiPF₆) oder Lithiumimid (LiN(SO₂CF₃)₂).

Aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes von Lithium lassen sich damit Batterien mit sehr großer Energiedichte herstellen. Als Primärbatterie hat sich beispielsweise die Lithium-Jod-Batterie für Herzschrittmacher hervorragend bewährt. Wegen der sehr geringen Selbstentladung solcher Knopfzellen können sie 10 bis 15 Jahre betrieben werden, ihre Energiedichte liegt typischerweise bei 240 Wh/kg. Im Sekundärbatterie-Bereich setzen sich Lithium-Ionentransfer-Batterien ("Li-Ion-Akkus") in Anwendungen durch, in denen eine hohe Energiedichten verlangt und der relativ hohe Preis von den Konsumenten akzeptiert wird, z.B. bei Handys.

Siehe auch: Lithiumhandel (Lithium-Charts)

Einige technische Eckdaten

• Chemisches Symbol: Li
• Ordnungszahl: 3
• Relative Atommasse: 6,94
• Oxidationszahlen: +1
• Dichte: 0,53 g/cm³
• Schmelzpunkt: 181°C
• Siedepunkt: 1.342°C
• Spezifischer elektrischer Widerstand: 9
• Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient: 48

Abbaufähige Mineralien des Lithiums sind z.B. Lepidolith, Spodumen, Petalit und Amblygonit, wichtige Förderländer sind z.B. Bolivien, die USA, Kanada, Australien und Chile.

Lithium statt Benzin?

Es gibt bereits euphorische Visionen, in denen Kraftfahrzeuge in naher Zukunft ausschließlich durch Li-Ion-Akkus angetrieben werden. So verlockend dies auch klingen mag - diese Prognose ist völlig realitätsfern, wie eine simple Hochrechnung für Lithium beweist:

• Heute wird in Li-Ion-Akkus etwa eine Energiemenge von 3,4 kWh/kg Lithium realisiert.
  
  
• Die Anzahl der Kraftfahrzeuge weltweit wird auf ungefähr 600 Millionen geschätzt.
  
  
• Die jährliche Kfz-Produktion weltweit wird auf rund 60 Millionen Stück geschätzt.
  
  
• Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge (PHEV20) werden mit Akkus ausgestattet, die durchschnittlich etwa 7,5 kWh abgeben. Der Tesla Roadster - ein vollelektrischer Sportwagen mit 350 km Reichweite - wird mit 53 kWh-Akkus ausgestattet werden. (Mangels verlässlicher Vergleichwerte wird dieser Wert in den folgenden Berechnungen als Referenz für vollelektrische Kraftfahrzeuge (EV) eingesetzt.)
  
  

Somit ergeben sich folgende benötigte Lithium-Mengen, falls die laufende jährliche Produktion umgestellt bzw. alle Fahrzeuge ausgetauscht würden:

• Produktion aller Neufahrzeuge als PHEV20: 132.353 Tonnen Lithium pro Jahr
• Produktion aller Neufahrzeuge als EV: 935.294 Tonnen Lithium pro Jahr
  
  
• Austausch aller Kraftfahrzeuge durch PHEV20: 1.323.529 Tonnen Lithium
• Austausch aller Kraftfahrzeuge durch EV: 9.352.941 Tonnen Lithium
  
  
• Die derzeitige Weltförderung beträgt ca. 25.000 t. Lithium pro Jahr.
  
  
• Die identifizierten Lithium-Weltvorräte werden auf 11.000.000 t. geschätzt - von denen freilich nur ein Teil tatsächlich zur Lithium-Gewinnung für Akkus genutzt werden könnte.
  
  

Obwohl die genannten Zahlen zwangsläufig unsichere und ungenaue Schätzungen sind, zeigen sie doch unmissverständlich, dass ein vollständiger Ersatz von Benzin durch Akkus auf Lithium-Basis ein Ding der Unmöglichkeit ist. Die derzeitige Lithium-Weltförderung müsste schon bei der Umstellung der gesamten Kfz-Produktion auf PHEV20 auf das etwa 6-fache angehoben werden, bei der Umstellung auf vollelektrische Fahrzeuge sogar auf das 38-fache. Und für den Austausch aller Kraftfahrzeuge weltweit durch EVs würden die gesamten Lithium-Weltvorräte gar nicht ausreichen.

Lithium - eine Historische Chance für Bolivien

Es ist sicher, dass Elektroantriebe eine zunehmende Rolle im Automobilsektor spielen werden und die Nachfrage nach Lithium, dem Grundstoff der aussichtsreichsten Akku-Technologie, sprunghaft ansteigen wird. Während Lithium heute noch als Nebenprodukt der Mineralgewinnung den relativ kleinen Weltbedarf decken kann, wird das Leichtmetall künftig zu einer wesentlichen Ressource unserer Energiewirtschaft.

Mit rund 10.500 Quadratkilometern Fläche misst Salar de Uyuni in Bolivien, der größte Salzsee der Erde, etwa ein Viertel der Fläche der Schweiz. Etwa 70 bis 80% der weltweiten Lithium-Reserven werden in dieser Salzwüste im Südwesten Boliviens vermutet, insbesondere Lithiumverbindungen in der begehrten Qualität, die als Grundlage für die Akku-Produktion verwendet werden kann. Salar de Uyuni liegt auf knapp 3.700 Metern Höhe über dem Meeresspiegel.

Auf 10 Milliarden Tonnen Salz wird die 30 Meter starke Salzkruste mit der dicken Schicht Lake darunter geschätzt. Die vermuteten 5,5 bis 9 Millionen Tonnen Lithium sind jedoch vorwiegend aus der Salzlake zu gewinnen, wozu diese hochgepumpt, getrocknet und das darin enthaltene Lithium in Form verwertbarer Lithiumsalze isoliert werden muss. Die dazu notwendige Infrastruktur - Wasser, Strom, Straßen und Produktionsanlagen - muss in dieser lebensfeindlichen Wüste erst noch geschaffen werden.

Bergbau-, Kraftfahrzeug- und Akku-Konzerne weltweit haben die enorme Bedeutung dieser Vorräte erkannt und entsenden ihre Spezialisten zum Salar de Uyuni, doch Boliviens sozialistischer Präsident Evo Morales hat schon klargestellt, dass er den Abbau nur unter der Bedingung zulassen wird, dass sowohl die Gewinnung des Lithiums als auch seine Weiterverarbeitung in Bolivien erfolgen müsse, Know-How und Arbeitsplätze müssen im Land bleiben. Morales pokert hoch, doch er ist entschlossen, die einmalige Historische Chance für das ärmste Land Südamerikas zu nutzen.

Der aktuelle Lithiumpreis

Siehe: Lithium (Handelspreis, historische Charts)

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