Kupfer
Das Metall der Energiewende

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Kupfer - Das Metall der Batterien und der Energiewende

Der Kupferverbrauch im Jahr 2050

Kupfer wird in noch nie dagewesenen Mengen für Batterien, Elektronik, Wind- und Solaranlagen, Kernkraftwerke und andere Dinge benötigt, damit die Menschheit bis zum Jahr 2050 Netto-Null-Ziele erreichen kann. Siehe auch die aktuellen IEA-Berichte über kritische Mineralien und Metalle.

Kupfer ist eines der besten elektrischen Leitmetalle, das heute in fast allen Technologien, die mit Energie zu tun haben, verwendet wird. Da die Energiewende die Elektrifizierung aller Technologien vorsieht, wird die Verwendung von Kupfer als elektrischer Leiter in den kommenden Jahrzehnten drastisch zunehmen.

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Historische Fakten von Kupfer und Namensgebung

Eines der ersten Metalle, das die Menschen in der Geschichte kennengelernt haben, ist Kupfer. Die Menschen der Jungsteinzeit verwendeten es zum ersten Mal um 8000 vor unserer Zeitrechnung als Ersatz für Steinwerkzeuge. Außerdem wurde Kupfer zur Herstellung von Schmuck und Dekorationen verwendet.

Um 3500 vor unserer Zeitrechnung wurden Kupferlegierungen wie Bronze (eine Schmelze aus Kupfer und Zinn) entdeckt, die eine neue Periode der menschlichen Zivilisation einleiteten.

Der Name Kupfer geht auf das lateinische Wort cuprum zurück, das «Metall von Zypern» bedeutet. Die Römer bauten dort in großem Umfang Kupfer ab. In der alten Mythologie und Alchemie wurde Kupfer auch mit den Gottheiten Venus und Aphrodite in Verbindung gebracht.

Kupfer ist ein Metall mit vielen Anwendungsmöglichkeiten

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Anwendungen in der Elektronik

Nach Silber (das teuer ist) ist Kupfer der effizienteste Leiter von Elektrizität (Elektronen). Es wird für Verkabelungen, elektrische Geräte wie Transformatoren, Stromabnehmer in Batterien für LithiumAnoden, Motoren und Generatoren verwendet.

Absenkung des Kupferanteils in Lithium-Ionen-Batteriezellen als Lösung

Es besteht ein Trend zurVerwendung dünnerer Kupferfolien als Stromkollektoren in Lithium-Ionen-Batteriezellen, um Material zu sparen und die Energiedichte der Batteriezelle zu erhöhen. Dünnere Kupferfolien sind jedoch ein Problem für die Rolle-zu-Rolle-Verfahren bei der Herstellung.

Kupfereinsatz in Elektrofahrzeugen, EVs, Elektroautos und Elektrobussen

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Der Kupferverbrauch der einzelnen Elektrofahrzeuge ist deutlich höher als der von herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotor. Im Folgenden finden Sie eine Liste mit dem ungefähren Kupferverbrauch der einzelnen Fahrzeugtypen:

  • 22 kg Kupfer für einen Verbrennungsmotor
  • 40 kg Kupfer für Hybridelektrofahrzeuge (HEV)
  • 59 kg Kupfer werden in Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) verwendet
  • 84 kg Kupfer werden in batteriebetriebenen
  • Elektrofahrzeugen (BEV) verwendet.
  • 90 kg Kupfer für den Hybrid-Elektrobus (Ebus HEV)
  • Elektrobusse, die mit Batterien betrieben werden (Ebus BEV), benötigen je nach Grösse der Lithium-Ionen-Batterie zwischen 250 und 350 kg Kupfer.
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Anwendungen im Bauwesen

In den meisten Industrieländern sind Kupferrohre das Standardmaterial für Heizungs- und Sanitäranlagen. Außerdem wird es aufgrund seiner Formbarkeit und relativ guten Korrosionsbeständigkeit für Abflüsse, Abdeckungen, Verkleidungen und Bedachungen verwendet.

In den meisten Industrieländern sind Kupferrohre das Standardmaterial für Heizungs- und Sanitäranlagen. Darüber hinaus wird es aufgrund seiner Formbarkeit und relativ guten Korrosionsbeständigkeit für Abflüsse, Abdeckungen, Verkleidungen und Bedachungen verwendet. Die Korrosionsrate von Kupfer in Wasser beträgt weniger als 3 µm/Jahr, was ausreicht, um die Lebensdauer von Kupferrohren auf 100-300 Jahre zu erhöhen.

Die Korrosion-Rate tief genug ist, um die Lebensdauer von Kupferrohren auf 100-300 Jahre zu projektieren.

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Anwendungen im Transportwesen

Kupfer ist notwendig für die elektrischen und thermischen Eigenschaften von Autos, Booten, Zügen und anderen Fahrzeugen. Bremsen, Lager, Kühler und Anschlüsse sind weitere Verwendungszwecke. Neben der guten elektrischen Leitfähigkeit leitet Kupfer auch Wärme gut.

Andere Anwendungen, die Kupfer verwenden

Kupfer wird für eine breite Palette von Produkten verwendet, darunter Metallschmuck, Metallmünzen, Kochgeräte, metallische Musikinstrumente und Werkzeuge für die Kunst.

Die Bedeutung von Kupfer in der Energiewende

Aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung in Technologien für erneuerbare Energien wie Batterien, Solarzellen, Windturbinen, Elektroautos und Wasserstoffproduktion ist Kupfer ein entscheidendes Metall für die Energiewende.

Da sich saubere Energie immer mehr durchsetzt, wird der Kupferverbrauch bis 2040 um 50 % ansteigen und jährlich um etwa 3-5 % zunehmen.

Für das künftige Angebot und den Verbrauch von Kupfer gibt es Schwierigkeiten und Unsicherheiten. Die sich abzeichnende Diskrepanz zwischen der derzeitigen Kupferproduktion und der Nachfrage könnte es schwierig machen, die Ziele für Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen.

Einem Bericht von S&P Global zufolge wird sich die Kupfernachfrage bis 2050 auf über 53 Millionen Tonnen mehr als verdoppeln und bis 2035 auf 50 Millionen Tonnen zunehmen.

Für die nächsten zehn Jahre wird nur ein Anstieg der derzeitigen Kupferproduktionskapazitäten um 20 % erwartet; dies könnte zu einer grossen Versorgungslücke führen, die neue Investitionen in den Bergbau und die Entdeckung von Kupferressourcen erforderlich machen würde. Es besteht auch die Hoffnung, dass Kupfer eines Tages durch ein alternatives Material ersetzt werden könnte. Allerdings hat die Wissenschaft ein solches Material noch nicht erfunden.

Alternative metallische Leiter

Auch andere Metalle wie Aluminium, das preiswerter und leichter zugänglich ist, aber aufgrund der hohen Temperaturen bei der Herstellung einen viel höheren Kohlenstoff-Fussabdruck aufweist, konkurrieren mit Kupfer.

Steigende Kosten und schwankende Preise für Kupfer

Neben den steigenden und schwankenden Kosten für Kupfer werden die Kupferpreise auch von einer Reihe von Variablen beeinflusst, darunter Geopolitik, Handelspolitik, Umweltvorschriften und Kundenpräferenzen.

Daher wird die Zukunft von Kupfer in der Energiewende davon abhängen, wie diese Möglichkeiten und Herausforderungen von den verschiedenen Interessengruppen, darunter Produzenten, Verbraucher, Regierungen, Investoren und Innovatoren, gehandhabt werden.

Referenzen und weitere Lektüre

  1. Ayman Elshkaki, T.E. Graedel, Luca Ciacci, Barbara K. Reck, Copper demand, supply, and associated energy use to 2050, Global Environmental Change, Volume 39, 2016, Pages 305-315
  2. Branco W. Schipper, Hsiu-Chuan Lin, Marco A. Meloni, Kjell Wansleeben, Reinout Heijungs, Ester van der Voet,, Estimating global copper demand until 2100 with regression and stock dynamics, Resources, Conservation and Recycling, Vol. 132, 2018,, Pages 28-36
  3. Committed mine production and primary demand for copper, 2020-2030, in data-and-statistics, IEA, retrieved October 2022
  4. The Future of Copper. Will the looming supply gap short-circuit the energy transition? S&P global, Report 2022
  5. The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions, World Energy Outlook Special Report, Version March 2022, IEA

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