Suche

A     B     C     D     E     F     G     H     I     J     K     L     M     N     O     P     Q     R     S     T     U     V     W     X     Y     Z




Formeln
Alle Tests
 Buchladen 
F7 F9 




  Chemie - Cobalt



Immer wieder sehen sich Besitzer/innen von reinen Elektroautos Vorwürfen ausgesetzt, dass ihre Autos so umweltfreundlich nicht seien. Nun gut, die Argumente, die sich auf den aktuellen Strommix beziehen, lassen sich mit der Vision von 100 Prozent erneuerbarer Energie entkräften. Aber was hat es mit den offensichtlichen Problemen bei der Herstellung von Elektroautos auf sich?

Die Motoren sind wohl auf dem Weg zur Besserung, wenn man überhaupt diesen Term benutzen darf. Aber was ist mit den Batterien? Hier ist neben Lithium ein Stoff gefragt, der einen großen Produzenten hat, die 'Demokratische Republik' Kongo mit über 50 Prozent. Das ist doppelt so viel wie der zweistärkste fördert. Das macht abhängig und sollte vermieden werden. So soll Tesla immerhin mit der dritten Batterie-Generation des Model 3 deutlich mehr als die Hälfe des Metalls Cobalt eingespart haben.

Zusammen mit seinem chemischen Kurzzeichen schreiben wir hier eher 'Cobalt' statt 'Kobald'. Der Name ist nicht zufällig dem eines Kobolds ähnlich, sondern von ihm abgeleitet, weil man dieses Metall früher beim Abbau für Silber gehalten hat, was aber nicht dessen Eigenschaften hatte. Man konnte schlicht nichts mit ihm anfangen und nannte es das Produkt von 'Kobolden', weil es wie Silber aussah, aber keines war. Stattdessen wurden beim Versuch des Erschmelzens giftige Arsendämpfe Gase frei.

Der mangelnde Nutzen hat sich z.B. mit der Anwendung als Blau-Färbemittel für Glas und Keramik geändert. 1780 wurde es als chemisches Element anerkannt und seit Anfang des 20. Jahrhunderts ist es auch anderweitig nützlich, z.B. als Bestandteil in besonders harten Legierungen, für die Naturheilkunde und für die inzwischen fast völlig verschwundenen Farbfernseher. Heutzutage ist das Anwendungsgebiet 'Batterien' das eindeutig größte, wobei die E-Autos noch einen relativ kleinen Anteil haben. Cobalt ist in seinen Eigenschaften seinen beiden Nachbarn im Periodensystem sehr ähnlich, Eisen und Nickel, so magnetisierbar wie Eisen, grau gefärbt, mit der Dichte von Kupfer.

Cobalt kann sogar eine höhere magnetische Anziehungskraft entwickeln als Eisen und ist schwerer oxidierbar. Die Vorwürfe wollen auch deshalb nicht verstummen, weil Cobalt so schlecht zu gewinnen ist. Es kommt in den entsprechenden Erzen nur mit Anteilen von weit unter einem Prozent vor. Lange war es nur eine Beifügung der Gewinnung von Kupfer und Nickel. Allerdings ist angesichts der erzielbaren Preise aus dem einstigen Neben- ein Hauptprodukt geworden. Und klar muss auch sein, dass der Bedarf mit dem Anteil der Batterien von E-Autos noch deutlich steigen kann.

Wozu nutzt man eigentlich Cobalt? Wir konzentrieren uns auf die Batterien. Fast alle enthalten Cobalt. Das Gros teilt sich auf in jeweils Lithium und Nickel mit mehrheitlich Magnesium und Cobalt oder Cobalt und Aluminium. Letztere gelten als die leistungsfähigeren und werden z.B. von Tesla verwendet, werden aber auch für nicht ganz so sicher wie die anderen gehalten. In der jetzigen Diskussion verweisen die Tesla-Fans darauf, dass es dieser amerikanischen Firma verboten ist, Rohstoffe wie Cobalt aus bestimmten, politisch instabilen Ländern zu beziehen, wie in diesem Beispiel dem Kongo.

Große Firmen betreiben die Minen dort, aber knapp 20 Prozent werden auch privat von Familien z.T. deren Kindern gewonnen, insgesamt über 100.000 Menschen, oft illegal und mit sehr unfallträchtigen Hilfsmitteln. Natürlich können diese die gewonnenen Erze nicht raffinieren, sondern verkaufen an Zwischenhändler. Es ist also möglich, dass so gewonnenes Cobalt gleichsam unkontrolliert auf den Weltmarkt gelangt. VW verweist auf die Responsible Raw Materials Initiative und deren Zertifizierungsssystem für Cobaltschmelzen, um die Herkunft des Materials für seine Batterien nachweisen zu können. Außerdem ist der Konzern Mitglied der Global Battery Alliance des Weltwirtschaftsforums, der die soziale und ökologische Nachhaltigkeit in der Wertschöpfungskette von Batterierohstoffen sicherstellen soll – nicht nur von Cobalt.

Schlimm wird die Diskussion, wenn es um Zahlen geht. So wird z.B. in USA behauptet, es seien noch 4,5 g Cobalt im Model 3 statt 11 g im ersten Model S. Allerdings gibt man nicht die jeweilige Batteriekapazität an. Ein deutsche Tesla-Fan sagt, es seinen 2,8 Prozent. Beim Audi e-tron soll das Batteriegewicht laut Hersteller 700 kg betragen. Das Model 3 mit kleinstem Akku käme dann umgerechnet auf 400 kg. Davon 2,8 Prozent wären über 11 kg. Sie sehen, selbst die Tesla-Fans sind sich untereinander nicht einig. In der VW-ID.3-Batterie sollen nach deren Aussage sogar 'über 12 Prozent' Cobalt bzw. 'vier Mal mehr Cobalt als im Tesla' enthalten sein, wobei wieder nicht gesagt wird, welcher Akku aus dem ID.3 denn gemeint ist. Mit den Zahlen sollten die entsprechenden youtuber etwas vorsichtiger umgehen.

Viel wichtiger ist aber die Frage, wozu Cobalt an der Kathode einer Lithium-Ionen Batterie gebraucht wird. Dazu muss man dort von in der Gesamtheit elektrisch neutralem Co-Ni-Mg mit Sauerstoff und Lithium-Ionen und an der Anode von ebenfalls ungeladenem Graphit ausgehen. Wird die Batterie geladen, verlassen Elektronen der Metalloxide via Kabel diesen Block in Richtung Anode und hinterlassen dort insgesamt positive Ladung. Daraufhin wandern die Lithium-Ionen durch den Separator direkt zum Graphit und lagern sich dort zusammen mit den ankommenden Elektronen an. Kathode und Anode sind wieder elektrisch ausgeglichen.

Beim Entladen kehrt sich der Prozess um. Die Ausgangssituation ist, dass Lithium-Atome auf der Anodenseite in einem kristallinen Graphitverbund sind, ohne mit diesem durch irgendeine chemische Reaktion verbunden zu sein. Beim Entladen der Batterie entweicht wieder das jeweilige Elektron von der äußersten Schale des Lithium-Atoms. Dieses wird wieder zum positiv geladenen Teilchen, einem Lithium-Ion. Die Lithium-Ionen im Graphitkristall werden von der verbliebenen Co-Ni-Mg-Verbindung mit Sauerstoff der Kathode angezogen, können wieder durch den Separator ungehindert hindurch und finden eine Stelle zum Einlagern. Es entsteht wieder die das potentialfreie Metalloxid mit den Lithium-Ionen. Bei VW besteht der Metallteil aus Nickel- und Mangansulfat, aber auch hier mit Cobaltsulfat. Je reiner deren Mischung und auch des wasserfreien elektrolytischen Transportmittels zwischen Kathode und Anode, desto langlebiger und besser funktionierend die Batterie.

Das Metalloxid bildet also keineswegs nur den Aufbewahrungsort für die Lithium-Ionen, sondern spielt mit seinen Elektronen auch im (Ent-) Ladungsprozess eine Rolle. Und offensichtlich ist die Anwesenheit von Cobalt hierbei wichtig für die Energiedichte der Kathode. Es ist offensichtlich für eine große Leistungsfähigkeit der Batterie wohl zur Zeit noch unersetzbar. Der Senior Vice President bei BASF, einem der größten Hersteller von Kathodenmaterial, sagt, dass man die 124.000 Tonnen insgesamt pro Jahr bei 30 Millionen Autos mit 90 kWh-Akku selbst bei den größtmöglichen Einsparungen auf mehr als das Dreifache steigern müsse.



Deutsche Untertitel möglich . . .








Sidemap - Technik Impressum E-Mail Datenschutz Sidemap - Hersteller