Graphit, das sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften hat, wird seit tausenden von Jahren von Menschen verwendet, und mit fortschreitender Technologie wächst seine Bedeutung. Graphit ist ein Allotrop bzw. eine andere physikalische Form von Kohlenstoff. Es ist ein sehr guter Strom- und Wärmeleiter mit einer Temperaturbeständigkeit von über 3.500 Grad Celsius. Im Gegensatz zu anderen Mineralien dehnt es sich beim Erhitzen nicht aus. Graphit ist - wie sein Bruder der “Diamant” - eines der stärksten und härtesten Materialien der Natur und wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet.
Graphit ist sehr vielfältig anwendbar, in der Elektronik und Metallurgie, in der Produktion von Glas und Quarzglas und sogar bei mechanischen und nuklearen Anwendungen. Es findet sich aber natürlich auch in jedem handelsüblichen Bleistift - der Name “Graphit” basiert auf dem griechischen Wort für „schreiben“.
Graphit verbessert die Produktleistung und senkt im Allgemeinen die Kosten für den Kunden deutlich.
Aufgrund seiner hohen Hitzebeständigkeit und Formbeständigkeit ist Graphit eine Schlüsselkomponente in der Metallurgie und Feuerfesttechnik und wird als Trennmittel in Formen, Matrizen und Formauskleidungen bei der Herstellung von Metallteilen und Gussteilen verwendet. Neben einem industriellen Trockenschmierstoff wird Graphit als Additiv in vielen Polymermischungen eingesetzt.
Graphit ist bereit, unzählige Branchen zu revolutionieren und bringt Schlüsselprodukten eine bemerkenswerte Leistungssteigerung.
Baumaterialien mit massiver Erhöhung der Druck- und Zugfestigkeit, schneller ladende Batterien und Beton, der im Bau weit weniger Treibhausgase emittiert, sprechen genauso für Graphit als Additive wie die Leistungssteigerung für Polymere. Das Gewicht verringert sich, das ist für das Transportwesen relevant. Graphit sorgt für geringere Kosten und weniger Polymer bei gleicher Festigkeit. Außerdem gewährleistet Graphit eine bessere Präzision, verbessert die Gasdurchlässigkeit, was zu einer Verbesserung der Korrosionsschutzeigenschaften führen kann. Schließlich verbessert die Wärmeleitfähigkeit die Polymerleistung, insbesondere bei thermisch anspruchsvollen Anwendungen.
“Durch die vielseitigen Eigenschaften bieten sich zahlreiche Anwendungen für das außergewöhnliche Material. Kunststoffe lassen sich mit einer Graphenschicht verstärken und hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit modifizieren. Beispielswiese eignen sich Graphene aufgrund seiner Transparenz für die Herstellung von biegsamen Bildschirmen und Touchscreens.” Graphen - Das Material der Zukunft! (ikv-aachen.de)
Graphit hat sich seit langem als dominierendes Anodenmaterial in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien etabliert, weil seine “Kapazität sehr gut ist und seine (sic) strukturelle Stabilität hervorragend ist”, sagte Branchenexperte Simon Moores auf “X”. Angesichts der stark steigenden Nachfrage werden für den beschleunigten Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien und die breitere grüne Energiewende bis 2050 4,5 Millionen Tonnen Graphit benötigt, so die im Jahr 2020 veröffentlichten Daten der Weltbank – ein Anstieg von fast 500 % gegenüber 2018. Simon Moores auf X: „3) Graphite is the dominant anode because it’s capacity is very good and it’s structural stability is superb 4) Silicon has been used as an anode additive to graphite for the past 5 years and ranges from 3-6% in *some* batteries“ / X
Die “Internationale Energieagentur” (“IEA”) kam zu einem ähnlichen Schluss und schätzte, dass die weltweite Graphitproduktion bis 2040 um das 25-fache steigen müsste, um die Nachfrageprognosen zu erfüllen Andere Anwendungen für Graphit umfassen Katalysatoren, synthetische Diamanten und Keramiken.
Es gibt zwei Hauptformen von Graphit: natürlicher Graphit und synthetischer Graphit. Natürlicher Graphit existiert in drei Formen: Flockengraphit, amorpher Graphit und Venen- oder Klumpengraphit. Der synthetische Graphit wird durch Erhitzen eines Petrolkoks-Ausgangsmaterials gewonnen. Synthetisches Graphit ist in der Herstellung deutlich teurer, dafür aber auch sehr rein (bis zu 99,9 %) und wird deshalb auch häufig bei elektronischen Anwendungen verwendet. Für Batteriezellen etwa ist das Allotrop unverzichtbar geworden. Natürlicher Flockengraphit ist aufgrund der Menge an fossilen Brennstoffen, die zur Herstellung von synthetischem Graphit verwendet werden, weitaus weniger umweltschädlich als synthetischer Graphit.
Wo kommt Graphit vor? Wie ist die Nachfrage?
Die wichtigsten natürlichen Vorkommen gibt es in China, Indien und Brasilien. Naturgraphit wird dort im Tagebau und unter Tage abgebaut. Die Nachfrage nach Graphit ist aktuell wesentlich größer als das Angebot. Seit 2008 machte der Verbrauch von Flockengraphit in den reifen Industrieländern mindestens 50 Prozent des Verbrauchs aus, aber nur 40 Prozent der weltweiten Produktion. Da immer mehr Volkswirtschaften Flockengraphit benötigen, wird die Nachfrage deutlich steigen. Die weltweite Produktion von Naturgraphit erreichte 2008 einen Höchststand von etwa einer Million Tonnen, nachdem fünf Jahre lang nur ein bescheidenes jährliches Wachstum von 2,5 Prozent verzeichnet worden war. Das erhebliche Wachstum der Nachfrage nach Graphit wurde durch die Brennstoffzellenindustrie und ihren Bedarf an Elektroden und leitenden Separatoren beeinflusst, die für den Automobilsektor, feuerfeste Materialien aus Magnesium und Aluminiumoxid und Sekundärbatterien wie Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien entwickelt werden.
In E-Autos ist mehr Graphit als man denkt!
Zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien wird bis zu 30-mal mehr Graphit benötigt als Lithium, und ihre Verwendung auf dem Markt für Elektro- und Hybridfahrzeuge wird voraussichtlich eine erhebliche Steigerung der Graphitproduktion erfordern. Über 30 % des Gewichts einer Standardbatterie für Elektrofahrzeuge besteht aus Graphit. Graphit ist der größte Bestandteil der Batterie von Elektrofahrzeugen. China ist Weltmarktführer sowohl in der Förderung als auch in der Veredlung von Graphit. Auf das Land entfallen mehr als 70 Prozent des globalen Graphitangebots, aber das Wachstum seiner Minenproduktion hat sich verlangsamt. Aus Indien kommen etwa 12 %, aus Brasilien ca. 7 % und 8 % aus anderen Ländern. Allerdings eignet sich nur etwa ein Achtel der jährlichen Förderung für die Batterieproduktion.
Je reiner der Graphit, desto besser funktioniert der Akku.
Reiner Graphit bringt die folgenden Vorteile: “höhere Zyklenstabilität, bessere Performance beim schnellen Laden und höhere Qualitätskonsistenz im Vergleich zu anderen Batterietypen wie etwa Blei-Akkus.” Öko-Institut e.V.: Lithium & Graphit für die Batterieproduktion: Zukunft der Lieferkette (oeko.de)
Die Deutsche Rohstoffagentur (“DERA”) etwa warnt vor Engpässen und prognostiziert einen drastischen Anstieg des jährlichen Graphitbedarfs für Lithium-Ionen-Akkus: “In den nächsten Jahren ist mit einem stark steigenden Bedarf für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien zu rechnen, in denen beide Graphittypen als Anodenmaterial zum Einsatz kommen.” BGR - Presse - DERA stellt Ergebnisse einer Rohstoffrisikobewertung vor: Hohe Marktkonzentration – Graphit, ein Schlüsselrohstoff für die Verkehrswende (bund.de)
Deshalb werden die Nachfrage und damit auch der Preis in den nächsten Jahren voraussichtlich weiter steigen. “Die weltweite Produktion von Graphit belief sich im Jahr 2023 auf etwa 1,6 Millionen Tonnen.”
Graphit als “kritisch” eingestuft
China ist dafür bekannt, die Preise künstlich zu erhöhen und die Schließung einiger Minen innerhalb seiner Grenzen zu erzwingen, die technisch nicht mehr auf dem neuesten Stand sind oder verschärften Umweltschutzgesetzen nicht mehr entsprechen. Das kann mittel- bis langfristig dazu führen, dass Chinas Bedeutung für den Weltmarkt in diesem Bereich langsam abnimmt. Trotzdem hat die Europäische Kommission Graphit bereits 2011 wegen der Importabhängigkeit von China auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt. China versucht ferner, für den eigenen Bedarf mithilfe hoher Exportzölle und drastischer Exportbestimmungen möglichst viel Graphit im Land zu halten. Im letzten Jahr hat China bereits neue strenge Exportkontrollen für “Graphit” erlassen. China schränkt Export von wichtigem Batterie-Rohstoff Grafit ein (handelsblatt.com)
Als Reaktion darauf haben die USA neben einem 25-prozentigen Zoll auf “Graphitimporte” auch Zölle auf Lithium-Ionen-Batterien und Elektrofahrzeuge angekündigt. E-Autos, Halbleiter, Rohstoffe: USA erhöhen Zölle auf Waren aus China deutlich | STERN.de
Daher hat die Entwicklung von Graphit-Förderstätten außerhalb Chinas für den Rest der Welt große Bedeutung.
Die US-Regierung hat aus diesem Grund die Elektromobiliäts-Investitionen in den USA mit bisher angekündigten Investitionen in Höhe von 13 Milliarden US-Dollar aufgeladen, angeführt von der Batterieherstellung und kritischen Elementen wie Graphit. Geplant sind “große Elektroauto- und Akkuwerke in den USA und womöglich neue, subventionskonforme Lieferketten.” „Verräter, Bastarde“ – Wie die USA mit E-Auto-Subventionen Südkorea treffen (handelsblatt.com)
Um die inländische Produktion von Batteriemetallen weiter anzukurbeln und vor allem zu priorisieren, haben sich die USA auf den “Defense Production Act” (“DPA”) berufen, ein Gesetz aus der Zeit des Koreakriegs, um die Versorgung der USA mit Materialien zu erhöhen, die als “essentiell für die nationale Verteidigung” gelten. Damit sollen die heimischen Industriebetriebe zur Produktion von Graphit verpflichtet werden. Die USA wollen so die Abhängigkeit von ausländischen Lieferketten minimieren. Das Bundesgesetz über das “DSG” beinhaltet weiterhin verschiedene finanzielle Maßnahmen, um die inländischen Produktionskapazitäten zu verbessern, zu erweitern und aufrechtzuerhalten. “Graphite One” war das zweite Bergbauprojekt, das einen “DPA”-Zuschuss des Verteidigungsministeriums erhielt.
Das sind die Global-Player:
1. Syrah Resources (Australien) betreibt die Balama-Mine in Mosambik, eine der weltweit größten Graphitminen. Das Unternehmen hat den Fokus auf natürlichen Flockengraphit.
2. Graphite India Limited (Indien) ist einer der größten integrierten Graphithersteller weltweit. Das Unternehmen produziert sowohl natürlichen als auch synthetischen Graphit.
3. GrafTech International (USA) ist spezialisiert auf hochleistungsfähige Graphitelektroden, das Unternehmen hat eine starke Präsenz in der Stahlindustrie.
4. Showa Denko K.K. (Japan) ist ein großer Hersteller von synthetischem Graphit und bietet ein breites Portfolio an Graphitprodukten für verschiedene Industrien.
5. SGL Carbon (Deutschland) ist führend in der Entwicklung und Herstellung von Produkten aus Kohlenstoff. Das Unternehmen ist vor allen in den Bereichen Automobil, Energie und Industrieanwendungen vertreten.
6. Nouveau Monde Graphite (Kanada) entwickelt eine vertikal integrierte Graphitoperation in Quebec und lenkt den Fokus auf nachhaltige Produktion für den Batteriesektor.
7. Northern Graphite (Kanada) betreibt die Lac-des-Îles-Mine in Quebec und plant die Expansion und Verarbeitung zu Batterie-Anodenmaterial.
