Rohstoffmangel bei der Wasserstoffproduktion

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Check-List Redaktion

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Scandium und Iridium sind knapp

Wasserstoff soll im Zuge der Energiewende schrittweise Erdgas ersetzen. Beim Ausbau der Wasserstoffproduktion drohen allerdings Rohstoffmangel, steigende Preise und Abh├Ąngigkeiten von wenigen Exportl├Ąndern. Um dem entgegenzuwirken, sind aus Sicht von deutschen Fachleuten Forschung und Entwicklung sowie genaue Lieferplanungen n├Âtig.

Hergestellt werden kann Wasserstoff mit einem Elektrolyse-Vorgang, indem man Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. L├Ąuft die Elektrolyse mittels erneuerbarer Energie, ist von gr├╝nem Wasserstoff die Rede.

Es gibt verschiedene Formen der Elektrolyse und manche arbeiten mit chemischen Elementen wie Scandium und Iridium, die knapp sind. Laut einer Studie der Deutschen Rohstoffagentur (Dera) k├Ânnte der Bedarf an Scandium 2040 in einem sehr auf Nachhaltigkeit ausgelegtem Szenario bei rund 24 Tonnen liegen – das w├Ąre mehr als zweieinhalbmal so viel wie die 2018 produzierte Menge. Bei Iridium geht die Prognose sogar davon aus, dass der Bedarf dann mit 34 Tonnen das F├╝nffache betr├Ągt.

Iridium gelte derzeit als unersetzbar, sagt Viktoriya Tremareva von der Dera. Das Edelmetall werde haupts├Ąchlich in S├╝dafrika und Russland als Beiprodukt von Platin und Palladium gewonnen. “Eine deutliche Erh├Âhung der Iridiumproduktion ist unwahrscheinlich”, hei├čt es bei der Dera. “Bei Produktionsausf├Ąllen kann es dann – wie im Jahr 2021 zu beobachten – zu dramatischen Preissteigerungen kommen.”

Scandium wiederum kommt vor allem aus China. Ebenfalls gefolgt von Russland, das seit dem Angriff auf die Ukraine f├╝r den Westen kein begehrter Handelspartner mehr ist. Hier sieht die Dera aber mehr Abbaum├Âglichkeiten – etwa in Kanada und auf den Philippinen.

Allerdings brauche es mehrere Jahre, um eine Lagerst├Ątte f├╝r die Produktion herzurichten und die Rohstoffe wirklich verf├╝gbar zu machen, sagt Christoph Hilgers vom Institut f├╝r Angewandte Geowissenschaften am Karlsruher Institut f├╝r Technologie (KIT). Der Markt investiere jedoch erst dann, wenn die Nachfrage langfristig sei. Da werde geschaut, wie ernsthaft die Wasserstoffabsichten seien, sagt Hilgers. Um das einzusch├Ątzen, brauche es einen globalen Blick. “Deutschland ist zwar ein gro├čes Industrieland. Aber neue Lagerst├Ątten macht man nicht nur f├╝r ein Land auf.”

Bei der alkalischen Elektrolyse seien zwar keine seltenen Metalle erforderlich, sagt Maike Schmidt vom Zentrum f├╝r Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W├╝rttemberg. Allerdings werde Nickel gebraucht, von dem Deutschland beziehungsweise Europa vor Beginn des Kriegs in der Ukraine etwa 35 bis 50 Prozent der Importe aus Russland bezogen h├Ątten. Zwar gebe es Alternativen, doch gerade die Nickel-Verarbeitung konzentriere sich stark auf China. “Hieraus k├Ânnen neue geopolitische Abh├Ąngigkeiten erwachsen, die zwar keinen akuten Engpass darstellen, aber beobachtet werden m├╝ssen.”

Mit der Knappheit drohen steigende Preise f├╝r Rohstoffe und in der Folge wachsende Kosten f├╝r Elektrolyseure – Anlagen zur Elektrolyse – sowie f├╝r Wasserstoff. “In welcher Dimension sich diese Steigerungen bewegen, ist aktuell nicht absehbar”, sagt Schmidt. Forschung und Entwicklung, um den Einsatz kritischer Rohstoffe zu verringern, sollten einem solchen Szenario jedoch entgegenwirken.

Dazu z├Ąhle, bei der sogenannten Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse weniger Iridium einzusetzen. “Andere Technologien zur Wasserstoffgewinnung wie beispielsweise Pyrolyseverfahren befinden sich in der Entwicklung”, sagt Schmidt, “w├╝rden aber bei einer zuk├╝nftigen gro├čskaligen, klimaneutralen Wasserstoffproduktion die Elektrolyse-Technologie nur zu kleinen Teilen substituieren k├Ânnen”.

Ebenso werde an Ersatz f├╝r Iridium geforscht, erl├Ąutert auch Dera-Geologin Tremareva. Zudem lasse es sich gut recyceln und k├Ânnte in Zukunft f├╝r mehr Komponenten mit dann weniger Beladung eingesetzt werden. “Wir gehen davon aus, dass die Forschungsaktivit├Ąten zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Wasserelektrolyseuren insgesamt einen positiven Effekt auf den zuk├╝nftigen Bedarf von potenziell kritischen Rohstoffen haben werden.”

Claudia Nehring von Siemens Energy als Hersteller von Elektrolyseuren erkl├Ąrt: “F├╝r den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft ist es wichtig, robuste Versorgungsketten aufzubauen und auch bei den Zulieferern in eine Serienfertigung zu kommen.” Bei Siemens Energy setze man auf strategischen Einkauf und nutze zum Beispiel eine breite globale Lieferantenbasis. Kontinuierlich w├╝rden die Effizienz der Produkte gesteigert und der Materialeinsatz verbessert. Rund 90 Prozent der Rohstoffe k├Ânnten wiederverwendet werden.

Jedoch machte KIT-Forscher Hilgers deutlich, dass auch beim Recycling hohe Temperaturen und viel Energie ben├Âtigt werden. Die Grabungen nach Metallen hinterlie├čen L├Âcher im Boden. Solche Aspekte w├╝rden manchmal au├čen vor gelassen, wenn von gr├╝ner Technologie und erneuerbaren Energien die Rede sei.

APA/Red.

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