MANGAN
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Mangan ist das zwölfthäufigste Element in der Erdkruste. Derzeit findet der Großteil der weltweiten Manganerzproduktion in Südafrika, China, Australien, Brasilien, Indien und Gabun statt. Während Mangan in vielen Teilen der Welt ein weit verbreitetes Metall ist, ist es in der Europäischen Union sehr selten.
Mangan ist ein wichtiger Rohstoff für eine Vielzahl von Industrien und große Teile der Weltwirtschaft hängen von seiner zuverlässigen Versorgung ab.
Hochreine Manganprodukte sind wesentliche Rohstoffe, die von der schnell wachsenden Elektrofahrzeug- und Lithium-Ionen-Batterieindustrie in der EU benötigt werden. Der Begriff „High-Purity Manganese“ (HPM) bezieht sich auf eine Reihe hochraffinierter Endprodukte, die für die meisten Lithium-Ionen-Batterien unverzichtbar sind. Seine Nutzung und Nachfrage nehmen rasant zu, insbesondere in Europa.
Europa, Nordamerika, Japan, Korea und viele andere Länder importieren 100 % ihres Manganbedarfs, darunter hochreines elektrolytisches Manganmetall (HPEMM) und hochreines Mangansulfat-Monohydrat (HPMSM), die wesentliche Rohstoffe für die Lithiumproduktion sind -Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge.
Hochreine Manganprodukte sind unverzichtbare Rohstoffe
wird von den schnell wachsenden Elektrofahrzeugen und Lithium-Ionen-Fahrzeugen in der EU benötigt
Batterieindustrie.
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
Hochreines Mangan
Sulfat-Monohydrat
(HPMSM >32,3 % Reinheit)
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Das Manganprodukt, das von den meisten Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird
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Wird etwa 2/3 der Chvaletice-Produktion ausmachen
Hochreines Elektrolyt Manganmetall
(HPEMM >99,9 % Reinheit)
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Wird von einigen Vorläuferherstellern verwendet, die lieber ihre eigene Mangansulfatlösung herstellen
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Wird etwa 1/3 der Chvaletice-Produktion ausmachen
Im schnell wachsenden Bereich der wiederaufladbaren Stromspeicher, die die sichere Speicherung hoher Energiekapazitäten ermöglichen – zunehmend wiederaufgeladen aus erneuerbaren Energiequellen –, steigt die Nachfrage nach Mangan rasant.
MANGAN ALS BATTERIE-ROHSTOFF
Die Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen für innovative Materialien zur Herstellung von Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien wurden in den letzten Jahren intensiviert. Hochleistungsfähige Nickel-Kobalt-Mangan-Lithium-Ionen-Batterien (NMC) werden zunehmend in Elektrofahrzeugen und anderen Energiespeicheranwendungen eingesetzt. Diese Batterien speichern mehr Energie, benötigen eine kürzere Ladezeit, halten länger und gelten als sicherer als andere im Handel erhältliche Batterietechnologien. Infolgedessen hat sich Mangan zu einem wichtigen Kathodenmaterial entwickelt und wird zunehmend als Hauptbestandteil bei der Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge, elektronische Geräte und Netzspeicher verwendet.
Aufgrund von Faktoren wie Zuverlässigkeit und Rohstoffkosten wird allgemein davon ausgegangen, dass die NMC-Batteriechemie in absehbarer Zukunft die dominierende Technologie für die Herstellung von Elektrofahrzeugen sein wird. Zu den ersten Anwendern der NMC-Lithium-Ionen-Batterietechnologie (Li-Ion) für Batterien von Elektrofahrzeugen (EV) gehören unter anderem Volkswagen, General Motors, Nissan, Fiat-Chrysler, BMW, Jaguar, Kia, Mercedes-Benz, Hyundai und Renault , Ford und Volvo.
Die Herstellungsprozesse und Formulierungen für Li-Ionen-Batterien erfordern zuverlässiges, hochreines Mangan und andere Batterierohstoffe, um sicherzustellen, dass die Batterien immer anspruchsvolleren Leistungs-, Sicherheits- und Haltbarkeitsstandards entsprechen. Außerdem ist Präzision beim Zusammenbau der Batteriezellen erforderlich, um sicherzustellen, dass die Batteriechemie frei von Verunreinigungen ist. Das Eindringen von mikroskopisch kleinen Metallpartikeln oder anderen Verunreinigungen kann einen Kurzschluss auslösen, der zu Fehlfunktionen, Überhitzung und potenzieller Explosion führen kann. Einige Hersteller von NMC-Kathoden nutzen Nanotechnologie, um hochreine Mangan-, Kobalt- und Nickelsulfate zu mischen und so Kathodenoberflächenbeschichtungen für Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Das Fehlen schädlicher Verunreinigungen und die Konsistenz dieser Materialien sind für den Herstellungsprozess hochwertiger NMC-Kathoden von entscheidender Bedeutung.
Die Mangan-Rohstoffe für die Vorläuferkathodenmaterialien von NMC-Batterien können in Form von hochreinem Manganmetall oder hochreinem Mangansulfat geliefert werden.
Marktüberblick für hochreines Mangan
Hochleistungs-NMC-Lithium-Ionen-Batterien werden zunehmend in Elektrofahrzeugen (EVs) und anderen Energiespeicheranwendungen eingesetzt. Die vorherrschende Kathodenchemie für Li-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen ist Nickel-Mangan-Kobalt („NMC“), die fast die Hälfte aller produzierten Li-Ionen-Batterien ausmacht, gemessen in Megawattstunden („MWh“). Die Menge dieser Metalle kann innerhalb der NMC-Familie variieren, z. B. NMC811, das zu 80 % aus Nickel, 10 % Mangan und 10 % Kobalt besteht. Angesichts steigender Batteriemetallpreise suchen Batterieunternehmen nach Möglichkeiten, die Kosten für Batterien zu senken. Als kostengünstigstes Batteriemetall gewinnt die Erhöhung des Mangangehalts in Batterien zunehmend an Bedeutung. Sowohl BASF als auch Umicore haben Pläne angekündigt, die Produktion manganreicher Chemikalien mit der NMC370-Batterie von BASF zu steigern, die 30 % Nickel, 70 % Mangan und kein Kobalt enthält.
Darüber hinaus wird den Lithium-Eisenphosphat-Chemikalien („LFP“) jetzt hochreines Mangan zugesetzt, wodurch eine neue Familie von Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Chemikalien („LMFP“) mit verbesserter Leistung und einem Mangangehalt von entsteht bestimmte LMFP-Chemikalien bis zu 60 %. Contemporary Amperex Technology Co., Limited („CATL“), Chinas größter Batteriehersteller und Teslas Hauptbatterielieferant, hat berichtet, dass sie planen, ihrer LFP-Chemie Mangan hinzuzufügen, um die Spannung der Batterie zu erhöhen und so ihre Energiedichte um bis zu zu erhöhen 20 %.
Im Zusammenhang mit der Erstellung der Machbarkeitsstudie beauftragte das Unternehmen das unabhängige Forschungs- und Beratungsunternehmen CPM Group mit der Erstellung einer Marktaussichtsstudie für HPEMM- und HPMSM-Produkte (gemeinsam als „High-Purity Manganese“ oder „HPM“ bezeichnet) für das Projekt folgt:
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Es wird prognostiziert, dass sich der Markt für HPMSM und HPEMM durch die „EV-Revolution“ radikal verändern wird. Es wird erwartet, dass die meisten Li-Ionen-Batterien, die Elektrofahrzeuge antreiben, Mangan in ihren Kathoden verwenden, und diese manganhaltigen Batteriechemien werden voraussichtlich in den nächsten zwei Jahrzehnten den Batteriemarkt dominieren.
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Die CPM Group geht davon aus, dass die Nachfrage nach hochreinem Mangan zwischen 2021 und 2031 um das 13-fache (von 90 kt auf 1,1 Millionen enthaltene Tonnen Mn) und zwischen 2021 und 2050 um das 50-fache (auf 4,5 Millionen enthaltene Tonnen Mn) steigen wird.
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Der gesamte Mn-Markt betrug im Jahr 2022 etwa 22 Millionen Tonnen, wobei die Mn-Verwendung derzeit von der Stahlindustrie dominiert wird, hochreines Mangan, das für den Batteriemarkt geeignet ist, macht jedoch weniger als 0,5 % des globalen Manganmarktes aus.
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Der Engpass bei der Versorgung mit HPMSM und HPEMM ist der Mangel an hochreiner Raffinationskapazität. Bekannte Erweiterungen und Neuprojekte können diesen Bedarf nicht decken. Die CPM Group prognostiziert für 2031 ein Defizit von 475 kt Mn-Äquivalent. Wenn die Batterienachfrage wie erwartet weiter wächst und keine weiteren neuen Projekte auf den Markt kommen, würde das Defizit bis 2037 auf 1 Million Tonnen ansteigen.
GLOBALE BATTERIEPROGNOSE
Nach Angaben des International Manganese Institute behält China seine führende Stellung als Lieferant hochreiner Manganprodukte – mehr als 91 % des für die Batterieindustrie geeigneten HPMSM stammen aus China. Allerdings ist China stark auf importiertes Erz angewiesen, hauptsächlich aus Südafrika, Australien, Gabun und Ghana. Derzeit werden in Europa nur etwa 2,5 % des für die Batterieindustrie geeigneten HPMSM produziert.
Die potenziellen Kunden des Unternehmens sind zunehmend an einer Diversifizierung ihrer strategischen Rohstoffbeschaffung interessiert und möchten die Schaffung unabhängiger, lokaler Lieferketten fördern, insbesondere in Regionen wie Europa, wo die Automobilindustrie direkt und indirekt über 14 Millionen Menschen beschäftigt und wo die Automobilunternehmen haben sich stark zur Elektrifizierung ihrer Flotten verpflichtet.
Europa entwickelt sich schnell zu einem wichtigen Zentrum der globalen Elektroauto- und Batterieindustrie. Derzeit sind sieben Gigafabriken für Batteriezellen (definiert als > 1 GWh/Jahr Batterieproduktion) in Betrieb. In Europa werden lokale Lieferketten aufgebaut und neben der bequemen Logistik profitieren Unternehmen im europäischen Binnenmarkt von einem reibungslosen Handel und zusätzlichen Vorteilen (z. B. wurde der EU-Einfuhrzoll von 5 % auf importiertes Mangansulfat-Monohydrat nur vorübergehend bis Ende 2016 ausgesetzt). 2023).
Nach Ankündigungen der Batteriehersteller soll Europa bis 2030 über 56 Batterie-Gigafabriken mit einer installierten Produktionskapazität von mehr als 1.458 GWh verfügen (30 % der weltweiten Kapazität, zweitgrößte nach China). Die CPM Group geht davon aus, dass die gesamte geplante Produktion des Chvaletice-Manganprojekts vom wachsenden Lithiumbatteriesektor in Europa verbraucht werden kann.
Im März 2023 veröffentlichte die Europäische Kommission den European Critical Raw Materials Act („CRMA“), der Batterie-Mangan als strategischen Rohstoff einstuft und Ziele für die Gewinnung, Verarbeitung und das Recycling kritischer Rohstoffe innerhalb der Europäischen Union festlegt. Um die Abhängigkeit der Europäischen Union von einem einzigen Lieferland für bestimmte Rohstoffe zu verringern, würde das CRMA konkret verlangen, dass bis 2030 nicht mehr als 65 % aller strategischen Rohstoffe aus einem einzigen Drittland stammen. Das Chvaletice-Projekt wird bei voller Produktion voraussichtlich fast 50.000 Tonnen hochreines Manganmetall pro Jahr liefern und damit etwa 25 % des europäischen Bedarfs decken und der EU dabei helfen, ihre Handelsabhängigkeit von diesem strategischen Rohstoff zu verringern. Darüber hinaus veröffentlichte das US-Finanzministerium eine Klarstellung zum Inflation Reduction Act darüber, wie Hersteller die kritischen Anforderungen an Mineralien und Batteriekomponenten der Steuergutschrift für saubere Fahrzeuge erfüllen können. Konkret darf ein förderfähiges sauberes Fahrzeug ab 2025 keine kritischen Mineralien mehr enthalten, die von einem betreffenden ausländischen Unternehmen abgebaut, verarbeitet oder recycelt wurden.
Batteriechemie mit HPEMM/HPMSM
Die NMC-Chemie ist weiter in Kategorien unterteilt, die nach dem Anteil der drei verwendeten Metalle benannt sind: Derzeit ist die vorherrschende Chemie NMC-111, in der Ni, Mn und Co zu gleichen Teilen (nach Gewicht) verwendet werden. Auf dem Vormarsch sind die Batterien NMC-622, NMC-532 und NMC-811, die den Spitznamen „die Batterie der Zukunft“ tragen, da sie eine große Reichweite für Elektrofahrzeuge versprechen (über 500 km mit einer einzigen Ladung). Gleichzeitig birgt es viele Herausforderungen, die noch gelöst werden müssen (unter anderem thermische Instabilität und kurze Lebensdauer). Ein weiteres Problem, das den Herstellern von NMC-Batterien Sorgen bereitet, ist die Versorgungssicherheit und der Preis von Kobalt.
Der überwiegende Teil der Kobaltproduktion (sowie der Reserven und Ressourcen) stammt aus der Demokratischen Republik Kongo – einem sehr instabilen afrikanischen Land. In den derzeit vorherrschenden NMC-111-Batterien macht Kobalt fast 80 % der Materialkosten für die Herstellung einer Kathode aus, obwohl es nur ein Drittel ihres Gewichts ausmacht. Diese beiden Faktoren treiben die Bemühungen der Batterieentwickler voran, Kobalt aus der Batteriechemie zu entfernen oder seinen Einsatz zumindest deutlich zu reduzieren.
Die folgenden Diagramme veranschaulichen, wie kostengünstigere EV-Batteriechemien zu einem Anstieg des Anteils an hochreinem Mangan pro KWh führen.
