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13.02.2018 | Werkstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

Ohne Kupfer keine Mobilität

Autor:
Christiane Köllner

Kupfer ist und bleibt in der Automobilindustrie ein sehr wichtiger Rohstoff. In Zukunft wird das Metall eine noch größere Rolle spielen. Vor allem durch Elektrofahrzeuge wird die Kupfernachfrage in den nächsten zehn Jahren wachsen.

Ob bei Antrieben, Energiespeichern, Leistungselektronik oder beim Ausbau des Infrastrukturnetzes: Kupfer bleibt bestimmendes Funktionsmetall für das Auto der Zukunft. Während Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor rund 23 Kilogramm Kupfer benötigen, sind für Hybrid-Elektrofahrzeuge 40 Kilogramm Kupfer erforderlich. Plug-in-Hybride benötigten 60 Kilogramm Kupfer, reine Elektroautos schon 83 Kilogramm, gibt die Copper Alliance an, ein globales Netzwerk, das Märkte für Kupfer entwickeln und verteidigen möchte.

Kupfer ist aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit, die nur noch von Silber übertroffen wird, die Basis für alle elektrischen und elektronischen Zukunftstechnologien. "Ohne den Einsatz von Kupfer ließen sich weder kleinste elektrische noch elektronische Geräte bauen, die Produktion von modernen Automobilen ist ohne Kupfer nicht denkbar und auch großtechnische Anlagen, wie zum Beispiel in der Windenergie, ließen sich ohne Kupfer nicht verwirklichen", erklärt Springer-Autor Günter Pilarsky im Kapitel Wie Rohstoffe über unsere Zukunft entscheiden aus dem Buch Wirtschaft am Rohstofftropf die Bedeutung des Rohstoffs Kupfer. 

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Kupferwerkstoffe

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Kupferbedarf in E-Fahrzeugen steigt

Eine Trendwende bei der Kupfernachfrage ist nicht abzusehen. Im Gegenteil: Die Nachfrage nach Kupfer wird in den nächsten zehn Jahren erheblich durch den wachsenden Markt für Elektrofahrzeuge beeinflusst werden, prognostiziert eine Studie im Auftrag der International Copper Association (ICA). Die Studie mit dem Titel Copper Intensity in the Electrification of Transport and the Integration of Energy Storage wurde von IDTechEx durchgeführt.

Nach Abgaben der Studie sollen bis zum Jahr 2027 schätzungsweise 27 Millionen Elektrofahrzeuge (einschließlich HEV, PHEV, BEV, Ebus HEV und BEV) unterwegs sein, gegenüber drei Millionen im Jahr 2017. Dies werde den Kupferbedarf in E-Fahrzeugen von 185.000 Tonnen im Jahr 2017 auf 1,74 Millionen Tonnen im Jahr 2027 erhöhen. Alleine in China geht die Deutsche Bank bis zum Jahr 2020 für den Markt der Elektromobilität von einem jährlichen Wachstum in Höhe von etwa 28 Prozent aus.

Dass es wichtig ist, sich frühzeitig auf den Rohstoffbedarf für Elektromobile vorzubereiten, verdeutlicht beispielsweise BMW. Der Autobauer hat im Jahr 2017 42.000 Tonnen Kupfer im Wert von mehr als 200 Millionen Euro eingekauft. Im Jahr 2025 will der bayerische Autobauer 25 elektrifizierte Fahrzeuge anbieten. Zu diesem Zeitpunkt werde der Kupferbedarf des Unternehmens 20.000 zusätzliche Tonnen erreichen, prognostiziert das Unternehmen. Daher sei es von zentraler Bedeutung, eine nachhaltige Lieferkette für das gesamte Thema Elektromobilität einschließlich der Rohstoffe sicherzustellen, wie BMW betont. Um dem nachzukommen, haben die Münchner und der chilenische Kupferbergbau-Konzern Codelco kürzlich eine Vereinbarung über eine Kooperation zur nachhaltigen und transparenten Kupferbeschaffung unterzeichnet.

Kupferlebenszyklen in der EU

Der global steigende Kupferbedarf lässt sich also gut am Beispiel Elektromobilität illustrieren: Nimmt der Anteil von Elektroautos in den kommenden Jahren zu, steigt auch der Kupferbedarf in diesem Bereich. Vor diesem Hintergrund sind Daten zu globalen Kupferströmen wichtig, um die Versorgung mit Kupfer sowie die Rückgewinnung aus Altprodukten sicherstellen zu können. Bisher liegen die Daten aber nur für einzelne Jahre und selten für Recycling vor. Diesem Problem hat sich das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI angenommen und ein Simulationsmodell entwickelt, das die Kupferströme in der Europäischen Union (EU) zwischen 1990 und 2014 erfasst und dabei für jedes einzelne Jahr Aussagen über die jeweiligen Zahlen zu Nutzung, Verbleib und Recycling von Kupfer machen kann.

Dr. Luis A. Tercero Espinoza, der am Fraunhofer ISI das Themenfeld "Material und Rohstoffe" leitet und ebenfalls am EU-Kupferstoffstrom-Modell mitgewirkt hat, fasst dessen Vorteile zusammen: "Durch das Simulationsmodell können wir die Kupferströme in der EU viel präziser als bisher abbilden und den Verlauf verfolgen. Es liefert wichtige Hinweise zum Lebenszyklus des Rohstoffes, von dessen Abbau über die Weiterverarbeitung bis hin zur Entsorgung". Das Modell habe beispielsweise ermittelt, dass für den Zeitraum zwischen 2005 bis 2014 etwas über 50 Prozent der Kupfernachfrage in Europa durch Recycling von Neu- und Altschrott gedeckt werde, während der globale Wert nur etwa bei einem Drittel liege, so Espinoza. Dieser Wert ließe sich laut des Forschers noch weiter erhöhen, wenn die weltweiten Recyclinganstrengungen in Zukunft intensiviert werden und Unternehmen die zunehmende Bedeutung von Recycling noch stärker erkennen.

Gibt es genug Kupfer?

Eigentlich wäre das ein Leichtes, denn Kupfer und seine Werkstoffe sind sehr gut recycelbar. 

Die elektrolytische Raffination ermöglicht es, unedle und edle Verunreinigungen aus Kupfer restlos zu entfernen. Deshalb können Kupfer und seine Legierungen aus Altmaterialien ohne Qualitätsverluste beliebig oft recycelt werden", erklärt Springer-Autorin Bozena Arnold im Kapitel Kupferwerkstoffe aus dem Buch Werkstofftechnik für Wirtschaftsingenieure

Laut Arnold könne die Wiederverwertung von Kupfer "als größte und wirtschaftlichste Kupfermine der Welt betrachtet werden".

Und das ist auch gut so. Denn wie lange reichen die Kupferreserven beziehungsweise -ressourcen aus? Die US-Behörde United States Geological Survey (USGS) gibt es erst einmal Entwarnung: Die Kupferreserven beliefen sich auf 680 Millionen Tonnen (USGS, 2013), während die Kupferressourcen derzeit auf über 3.000 Millionen Tonnen (USGS, 2013) geschätzt werden, gibt das Deutsche Kupferinstitut die Ergebnisse des USGS wieder. Die Zahl für die Kupferressourcen berücksichtige noch nicht die enormen Mengen an Kupferlagerstätten, die in Tiefseeknollen und massiv-sulfidischen Lagerstätten gefunden wurden. Durch laufende und zukünftige Explorationsmöglichkeiten soll sich die Zahl der Reserven und bekannten Ressourcen weiter erhöhen. Es werde zudem geschätzt, das zwei Drittel der seit dem Jahr 1900 produzierten Kupfermengen noch im Gebrauch sind. 

Allerdings gibt es auch kritischere Stimmen. So gibt Springer-Autor Werner Zittel im Kapitel Die geologische Verfügbarkeit von Metallen am Beispiel Kupfer aus dem Buch Kritische Metalle in der Großen Transformation zu bedenken: "Eine Förderausweitung bei geringer werdender Erzkonzentration erfordert überproportional steigende technische, energetische und finanzielle Aufwendungen". Zittel mahnt: "Es ist heute keineswegs geklärt, ob dies unter den gegebenen Randbedingungen möglich sein wird".

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