Nachhaltigkeit
Grünes Nickel: Antrieb für die saubere Energiezukunft
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Die Welt befindet sich derzeit in einer grünen Energiewende, und Batterien spielen dabei eine Schlüsselrolle. Als entscheidende Komponenten in verschiedenen modernen Technologien versorgen wiederaufladbare Batterien alles von Smartphones und Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen (EVs) und Energiespeichersystemen.
Unter den Batterietypen sind Lithium-Ionen-Batterien die beliebtesten und am weitesten verbreiteten. Ein wichtiger Bestandteil dieser Batterien ist Nickel (Ni), das fünfthäufigste Element auf unserem Planeten.
Es kommt nicht nur in der Erdkruste und im Erdkern in großen Mengen vor, sondern ist zusammen mit Eisen auch ein häufiges Element in Meteoriten. Natürlicherweise in Boden und Wasser vorkommend, ist Nickel ein essentieller Nährstoff für Pflanzen.
Nickel verfügt über zahlreiche herausragende physikalische und chemische Eigenschaften, die es in Hunderttausenden von Produkten unverzichtbar machen. Dazu gehören ein hoher Schmelzpunkt von 1453 °C, Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, hohe Verformbarkeit, Recyclingfähigkeit und magnetische Eigenschaften bei Raumtemperatur.
Es legiert sich zudem leicht, insbesondere mit Chrom und anderen Metallen, um rostfreie und hitzebeständige Stähle zu erzeugen.
Jährlich wird Nickel in 1,97 Millionen Tonnen rostfreiem Stahl und 210 Kilotonnen Nichteisenlegierungen verwendet und hat sich zu einem hochstrategischen und schwer ersetzbaren Element entwickelt. Diese Anwendungen erhöhen die Produktlebensdauer bzw. die Motoreffizienz und tragen somit zur Nachhaltigkeit bei.
Während rostfreier Stahl mit 65 % den größten Anteil der Nickelverwendung ausmacht, sind Batterien mit 16 % die zweitgrößte Anwendung.
Nickel wird in Batterien eingesetzt, um eine höhere Energiedichte und größere Speicherkapazität zu niedrigeren Kosten zu ermöglichen. Da die Produktion und Nutzung von Elektrofahrzeugen zunimmt und Energiespeichersysteme immer wichtiger werden, um Angebot und Nachfrage auszugleichen, steigt die Nachfrage nach Nickel weiter an.
Zahlenmäßig sollen 70 % der derzeitigen globalen Jahresproduktion von Nickel, also 3 Millionen Tonnen, in den Bereich rostfreier Stahl fließen, während bis 2040 weitere 3 Millionen Tonnen Ni allein für die Batteriefertigung benötigt werden. Dieses zusätzliche Ni wird durch die Dekarbonisierung des Verkehrssektors angetrieben, indem Ni‑basierte Batterieelektroden in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.
Infolgedessen wird die globale Nickelnachfrage auf 6 Millionen Tonnen pro Jahr verdoppeln.
Nickeldeposits: Reich an Menge, komplex in Qualität
Als relativ häufiges Metall ist Nickel überall in der Umwelt zu finden, jedoch meist nur in Spuren. Es ist ständig im Boden vorhanden; höhere Konzentrationen von Nickel finden sich in verschiedenen Minerallagerstätten, darunter Oxide, Sulfide und Silicate.
Weltweit werden Nickelressourcen auf etwa 350 Millionen Tonnen geschätzt, wobei die wichtigsten Nickelvorkommen in Australien, Indonesien, Südafrika, Russland und Kanada liegen. Diese fünf Länder besitzen zusammen mehr als 50 % der weltweiten Nickelressourcen.
Obwohl fast 80 % des abgebauten Nickels in den letzten dreißig Jahren gefördert wurden, sind die Reserven des Elements weiterhin gewachsen. Das liegt an verstärkter Exploration durch Bergbauunternehmen, besserem Wissen über neue Vorkommen in abgelegenen Gebieten und verbesserten Technologien, die die Verarbeitung von mehr Nickel ermöglichen, insbesondere von Nickel mit niedrigerer Qualität.
Bei der Nickelproduktion stammen 60 % aus hochgradigen Sulfidlagerstätten mit einem Ni‑Gehalt von 1,5–4 Gew.-% . Der Rest wird durch minderwertige Erzvarianten wie Laterite bereitgestellt, die einen durchschnittlichen Ni‑Gehalt von 1,5 Gew.-% aufweisen. Diese werden weiter in zwei Varianten unterteilt: Saprolit und Limonit.
Interessanterweise sind die Nickelreserven an Land umgekehrt verteilt, das heißt, 60 % des insgesamt in der Natur verfügbaren Ni befinden sich in Lateriten. Nur 40 % des Ni finden sich in Sulfidlagerstätten, wo es hauptsächlich in Form diskreter binärer und ternärer nickelreicher Mineralien wie NiS, Ni2FeS4 und (Co,Ni)3S4 vorkommt.
Was Sulfidminerale zu einer bevorzugten Option macht, ist ihre chemische Einfachheit. Dies ermöglicht die effiziente Trennung von Gänge (kommerziell wertlosem Material, das das gewünschte Mineral umgibt oder eng mit ihm vermischt ist) aus nickelhaltigen Verbindungen mittels traditioneller Verfahren wie Schaumflotation.
Natürlich besteht das Problem darin, dass Ni‑Sulfidreserven endlich und rückläufig sind und daher die schnell wachsende globale Nickelnachfrage nicht decken können. Das schafft die Notwendigkeit, Nickel nachhaltig aus niedriggradigen, aber reichlich vorhandenen Lateriten zu gewinnen.
In diesen Lagerstätten ist Nickel nicht als diskrete Minerale vorhanden; vielmehr ist es in komplexen Magnesiumsilicaten oder Eisenoxiden gelöst. Dazu gehören Magnesium‑(Mg)-Silicate (nämlich Saprolite) wie (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4 und (Mg,Fe,Ni)3Si4O10(OH)2·4H2O. Es ersetzt teilweise Eisen (Fe) im Limonit, etwa in der Götit (Fe,Ni)OOH.
Die Komplexität von Nickel mit niedriger Qualität, sowohl chemisch als auch mineralisch, begrenzt die effiziente und nachhaltige Gewinnung von Nickel für nachgelagerte grüne Technologien.
Um dieses grundlegende Problem zu überwinden, haben Forscher des Max‑Planck‑Instituts für Nachhaltige Materialien (MPI‑SusMat) eine neuartige, kohlenstofffreie und energieeinsparende Methode entwickelt, um Nickel für rostfreien Stahl, Batterien und Magnete zu extrahieren.
Umweltkosten der konventionellen Nickelproduktion
Obwohl Nickel eine entscheidende Rolle bei der Batteriefertigung spielt, ist die Produktion dieses Elements nicht wirklich umweltfreundlich, wie bei den meisten Metallgewinnungs- und -verarbeitungsprozessen.
Im Falle von Nickel umfasst die negative Umweltauswirkung Luftverschmutzung, Wasserverschmutzung, Bodenerosion, Landdegradierung, Entwaldung, toxische Abfälle, Verlust der Artenvielfalt und mehr. Die Nickelproduktion ist zudem ein energieintensiver Prozess, der zu Treibhausgasemissionen (THG) beiträgt.
Die konventionelle Nickelproduktion emittiert tatsächlich etwa 20 Tonnen CO₂ pro Tonne Nickel. Im Jahr 2019 war der Nickelbergbau weltweit für rund 120 Millionen metrische Tonnen CO₂‑Äquivalent (CO₂e) verantwortlich.
Laut der Studie von MPI‑SusMat beträgt der gesamte Fußabdruck der Branche etwa 20–27 Tonnen CO₂e pro Tonne Nickel, was mehr als das Zehnfache des Wertes für Stahl (2,3 Tonnen CO₂e pro Tonne) ist. Damit ist Nickel ein stark umweltschädliches Metall zum Abbau.
CO₂-Emissionen sind der Haupttreiber des Klimawandels, und wenn die Nickelproduktionsindustrie dem entgegenwirken und klimaneutral werden will, müssen ihre Kohlenstoffemissionen drastisch reduziert werden.
Interessanterweise beinhalten die weltweiten Bemühungen zur Reduzierung von Kohlenstoffemissionen den Trend zur Elektrifizierung, bei dem fossile Brennstoffe durch Strom ersetzt werden. Dieser Wandel ist jedoch stark von Nickel abhängig, was die Wirkung der Initiativen erheblich verringert und Bedenken hinsichtlich einer Verlagerung der Umweltbelastung auf die Metallurgie aufwirft. Laut dem Erstautor der Studie, Ubaid Manzoor, PhD‑Forscher am MPI‑SusMat:
„Wenn wir Nickel weiterhin auf konventionelle Weise produzieren und es für die Elektrifizierung nutzen, verlagern wir das Problem nur, anstatt es zu lösen.“
Mit ihrer neuen Methode zur Nickelproduktion bieten die Forscher einen nachhaltigen Weg, das Metall aus Erzen zu extrahieren, bei dem Wasserstoffplasma Kohlenstoff ersetzt, wodurch der Prozess CO₂‑frei wird und zudem Energie und Zeit spart. Bemerkenswert ist, dass dabei niederwertige Nickelerze verwendet werden, die aufgrund ihrer Komplexität bisher übersehen wurden.
Derzeit wird die industrielle Verarbeitung solcher Erze, nämlich Ni‑Laterite, durch die kristallografische Struktur der Ni‑tragenden Phasen sowie den Ni‑ und Fe‑Gehalt im Erz bestimmt.
Limoniterze mit ihrem niedrigen Ni‑ und MgO‑Gehalt (< 4 Gew.-% Mg) werden üblicherweise durch Hochdruck‑Säure‑Auslaugen (HPAL) verarbeitet, um Ni und, falls vorhanden, Kobalt (Co) zurückzugewinnen. Der Energiebedarf dafür ist enorm und liegt zwischen 230 – 570 GJ pro Tonne Ni, was die für Stahl benötigten 22 GJ pro Tonne deutlich übertrifft.
Vor diesem besorgniserregenden Hintergrund verspricht der Ansatz der Studie einen vielversprechenden Bruch mit konventionellen industriellen Techniken. Durch den Ersatz von kohlenstoff‑ (C) und schwefel‑ (S) basierten Reduktionsmitteln durch Wasserstoff reduziert die Studie direkte CO₂‑ und Schwefeldioxid‑ (SO₂) Emissionen.
Zudem wird der Einsatz schädlicher Säuren wie Schwefelsäure (H₂SO₄) im HPAL umgangen und der Bedarf an kostspieligen Vor‑ und Nachbehandlungen eliminiert.
Eine ein‑Schritt‑Wasserstoff‑betriebene Nickelverarbeitungsrevolution
Die Forschung, unterstützt durch das Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates, wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Sie beschreibt den neuen Prozess zur Nickelgewinnung1.
Ihr völlig anderer Ansatz ist ein Schmelz‑Reduktions‑Verfahren einer gesamten getrockneten Erzladung in einem einzigen metallurgischen Schritt unter Verwendung von Wasserstoffplasma.
Dieser Prozess integriert Kalzinierung, Schmelzen und Raffination in einem Schritt. All diese Vorgänge finden gleichzeitig und in einem einzigen Ofen statt. Dadurch konnte das Team direkt hochgradiges Ferronickel, ein metallisches Material aus Eisen und Nickel, das als Legierungszusatz verwendet wird, aus der getrockneten Erzladung in einem einzigen Schritt gewinnen.
Mit „einzelner Schritt“ beziehen sich die Forscher auf die Produktion von raffiniertem Ferronickel aus getrocknetem Erzmaterial in einem einzigen metallurgischen Prozess im Vergleich zum RKEF‑Verfahren. RKEF, oder Rotary‑Kiln‑Electric‑Furnace, ist ein Verfahren zur Herstellung von Ferronickel aus Laterit‑Nickelerzen. Es umfasst drei Stufen: Kalzinierung des getrockneten Erzes, anschließend Schmelzen im Lichtbogenofen (EAF) und schließlich die Raffination, um Verunreinigungen auf akzeptable Werte zu reduzieren.
Im Gegensatz dazu deckt der Hydrogen‑Plasma‑Smelting‑Reduction‑Prozess (HPSR) alles in einem Schritt ab.
Mit ihrem Ansatz stellten die Forscher hochgradige, raffinierte Ferronickel‑Legierungen mit schnellen Reduktionskinetiken her. Die Legierung enthält dank thermodynamischer Kontrolle der Ofenatmosphäre nur minimale Verunreinigungen, wodurch Nickel selektiv reduziert werden konnte. Ein Silizium‑Gehalt (Si) unter 0,08 Gew.-% , Calcium (Ca) unter 0,09 Gew.-% und Phosphor (P) fast 0,00 Gew.-% ermöglichten weitere Verfeinerungen.
„Durch den Einsatz von Wasserstoffplasma und die Kontrolle der thermodynamischen Prozesse im Lichtbogenofen können wir die komplexe Struktur der Mineralien in niederwertigen Nickelerzen in einfachere Ionenarten zerlegen – sogar ohne Katalysatoren.“
– Korrespondenzautor Professor Isnaldi Souza Filho, Leiter der Gruppe „Sustainable Synthesis of Materials“ am MPI‑SusMat
Der vollständig auf erneuerbarer Energie basierende neue Prozess ersetzt kohlenstoffbasierte Brennstoffe und Reduktionsmittel durch erneuerbaren Strom und Wasserstoff. Auf diese Weise bietet er bis zu 18 % Energieeinsparungen und bis zu 84 % Reduktion der CO₂‑Emissionen.
Experimentelle Nachweise aus der Studie unterstützen das ein‑Schritt‑HPSR als nachhaltige Alternative zur Metallproduktion aus Oxiden und Silicaten und erweitern die Rohstoffoptionen auf kostengünstige, niedriggradige Mineralien.
Insgesamt ermöglicht dieser nachhaltige Ansatz die vorteilhafte Nutzung von Nickel in nachhaltigen Energietechnologien, während die durch seine Produktion verursachten Umweltschäden gemindert werden. Derselbe Prozess kann auch auf ein weiteres wichtiges Batterieelement, Kobalt, angewendet werden.
Bemerkenswert ist, dass die Skalierung des Prozesses für industrielle Anwendungen möglich ist, was der nächste Schritt für das Team darstellt. Dies erfordert die Implementierung von Kurzschlagbögen mit hohen Strömen, den Einsatz von Gaseinspritzungen oder die Integration eines externen elektromagnetischen Rührgeräts unter dem Ofen. So wird sichergestellt, dass das nicht reduzierte Schmelzgut kontinuierlich die Reaktionsschnittstelle erreicht, da dort die Reduktion der Nickelerze zu einfacheren Ionenarten stattfindet.
Dies kann mittels etablierter industrieller Verfahren umgesetzt werden, die die Integration der neuen Methode in bestehende Prozesse ermöglichen.
Investitionen in grünes Nickel
Tesla (TSLA ) ist einer der wichtigsten Namen, die den Vorstoß für sauberere Nickelbeschaffung vorantreiben. Da Elektrofahrzeuge stark von nickelreichen Batterien abhängen, begann das Unternehmen, Lieferungen von Produzenten zu sichern, die sich auf niedrigere Emissionen und bessere Bergbaustandards konzentrieren, wie die BHP‑(BHP )-Operationen in Australien.
Und wenn Tesla grüneres Nickel wählt, beeinflusst das, wie der Rest der Branche über die Beschaffung nachdenkt, weshalb es in diesem Bereich eine so zentrale Rolle spielt.
Tesla (TSLA )
Während des Q2‑2020‑Ergebnisaufrufs des Unternehmens forderte Musk die Bergleute auf, in „umweltfreundlichen Nickelbergbau in großem Umfang“ zu investieren, um sich auf den Anstieg der EV‑Produktion in den kommenden Jahren vorzubereiten.
Im Jahr 2022 schloss es eine Vereinbarung mit dem Metallunternehmen Talon (TSX:TLO) ab, um Nickel aus seinem hochgradigen Tamarack‑Projekt in Minnesota zu beziehen. Die Partnerschaft sei „für die verantwortungsvolle Produktion von Batteriematerialien direkt vom Bergwerk bis zur Batteriekathode“, sagte Talon‑CEO Henri van Rooyen damals und bemerkte, dass das Unternehmen den „niedrigsten eingebetteten CO₂‑Fußabdruck der Branche“ habe.
Unterdessen lobte Tesla Talons innovativen Ansatz bei der Entdeckung, Entwicklung und Produktion von Batteriematerialien, der die dauerhafte Speicherung von Kohlenstoff und die Erforschung neuartiger Materialgewinnungen umfasst.
Im selben Jahr unterzeichnete Tesla zudem einen langfristigen Vertrag mit Vale, um niedrigkohlenstoffhaltiges Nickel aus dessen kanadischen Betrieben zu beziehen.
Schon vorher arbeitete Tesla mit der australischen BHP Group, deren Marktkapitalisierung 127,7 Mrd. $ beträgt und die in die Produktion von kohlenstoffarmem Nickel für EVs involviert ist, zusammen, um die Resilienz der Batterielieferkette zu verbessern und CO₂‑Emissionen zu reduzieren.
Ende letzten Jahres begann BHP mit dem Bau von netzunabhängigen Solaranlagen und Batteriespeichersystemen für den Bergbau, um seine Nickel‑West‑Standorte Mount Kit und Leinster zu betreiben, die das Element an Tesla liefern werden.
Das Projekt ist „BHPs erstes netzunabhängiges groß angelegtes Erneuerbare‑Energie‑Projekt in unseren globalen Betrieben und wird nachweislich jährlich bis zu 23.000 Verbrennungsmotoren‑Fahrzeuge von der Straße nehmen, wodurch unsere Ziele zur Reduktion von Treibhausgasen unterstützt werden“, sagte Jessica Farrell, Präsidentin des BHP Nickel West‑Assets.
Bezüglich der Marktentwicklung von Tesla werden die Aktien derzeit bei 340,20 $ gehandelt, was im bisherigen Jahresverlauf einem Rückgang von fast 14 % entspricht, nachdem sie sich von dem Tief von 217,80 $ im letzten Monat erholt hatten. Diese Erholung führt dazu, dass die TSLA‑Aktien nun langsam auf das fast 484 $‑Allzeithoch (ATH) zusteuern, das im Dezember 2024 erreicht wurde.
TSLA Preisdiagramm
Jetzt liegt die Marktkapitalisierung von Tesla endlich über 1 Billion $ (genau 1,2 Billion $), während das EPS (TTM) 1,82 und das KGV (TTM) 191,36 beträgt.
Unterdessen zeigen die Finanzzahlen für das erste Quartal 2025 einen Rückgang des Umsatzes um 9 % gegenüber dem Vorjahr auf 21,3 Milliarden $, ein erheblicher Rückgang von 20 % im Automobilbereich auf 14 Milliarden $, während die Einnahmen aus Gutschriften um 37,7 % auf 595 Millionen $ stiegen und die Einnahmen aus Energieerzeugung und -speicherung um starke 67 % auf 2,73 Milliarden $ zulegten.
Zudem sank der Nettogewinn auf 409 Millionen $, bzw. 12 Cent pro Aktie, während das operative Ergebnis auf 400 Millionen $ fiel, was zu einer operativen Marge von 2,1 % führte.
Neben Verkaufsanreizen und niedrigeren durchschnittlichen Verkaufspreisen wird der Rückgang auf die Notwendigkeit zurückgeführt, die Produktionslinien in den Werken zu aktualisieren, um überarbeitete Versionen des Model‑Y‑SUV zu produzieren.
In diesem Zeitraum produzierte Tesla etwas über 362.000 Fahrzeuge und lieferte etwas mehr als 336.000 Fahrzeuge. „Während die Umstellung der Model‑Y‑Linien in allen vier unserer Fabriken zu einem Produktionsausfall von mehreren Wochen im Q1 führte, verläuft die Hochlaufphase des neuen Model Y weiterhin gut“, bemerkte das Unternehmen in seiner Pressemitteilung.
Tesla setzte zudem im Q1 2025 10,4 GWh an Energiespeicherprodukten ein. Das Unternehmen stellte fest, dass das Wachstum der KI‑Infrastruktur „eine überproportionale Chance“ für dieses Segment schafft, das Stromnetz zu stabilisieren.
In seiner Aktionärspräsentation warnte der Automobilhersteller Investoren vor „Unsicherheit“ an den Märkten aufgrund einer sich schnell entwickelnden Handelspolitik, die Küsten und Lieferketten nachteilig beeinflusst. Die „dynamische“ und „sich ändernde politische Stimmung“ wird laut Tesla kurzfristig die Nachfrage nach seinen Produkten beeinflussen.
Inmitten dessen sieht sich Tesla Konkurrenz durch kostengünstigere Anbieter aus China im EV‑Markt und durch Alphabet’s (GOOG ) Waymo im Robotaxi‑Sektor ausgesetzt.
Fazit
Nickel ist ein Grundpfeiler der sauberen Energiewende, doch seine traditionellen Abbaumethoden schaden der Umwelt und untergraben die Ziele, die es unterstützen soll.
Vor diesem Hintergrund bieten Innovationen wie das Wasserstoff‑Plasma‑Schmelzen einen vielversprechenden Weg, die Nickelproduktion zu dekarbonisieren. Dieser Ansatz zur grünen Nickelproduktion von MPI‑SusMat eröffnet zudem die Möglichkeit einer nachhaltigeren Elektrifizierung des Verkehrssektors. Nicht zu vergessen, dass die aus niederwertigem Erz hergestellte Nickellegierung direkt in der Produktion von rostfreiem Stahl verwendet werden kann und nach weiterer Veredelung als Elektrodenmaterial in Batterien dient. Selbst der bei dem Prozess entstehende Abfall (Schlacke) kann der Bauindustrie als wertvolle Ressource dienen.
Somit bietet der neue, nachhaltige Nickelproduktionsprozess ein erhebliches Potenzial für die Skalierung und Weiterentwicklung von Elektrofahrzeugen und Netzspeichern und verspricht eine grünere Zukunft!
Studienreferenzen:
1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., & Souza Filho, I. R. (2025). Nachhaltiges Nickel ermöglicht durch wasserstoffbasierte Reduktion. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7
