Bergbau setzt innovative Technologie ein, um Kupfer und andere EV-Metalle zu finden

Zwölf Jahre später ist Cuevas Geschäftsführer des Start-ups Urbix, eines innovativen Graphitproduzenten mit Sitz in Mesa, Arizona. Das Unternehmen nutzt maschinelles Lernen, um herauszufinden, wie aus einer Reihe natürlicher und synthetischer Graphitformen einheitliche Graphitanoden hergestellt werden können, die für den Einsatz in Elektrofahrzeugbatterien geeignet sind. Es hat bereits zugestimmt, SK On, einen südkoreanischen Batterie- und Chiphersteller, mit Graphit für seine Zellen zu beliefern.

Urbix ist eines von mehreren amerikanischen Start-ups, die alternative Methoden für die Suche nach neuen Vorräten an kritischen Mineralien entwickeln und entscheidende Innovationen liefern, da die Vorräte an diesen Materialien immer knapper werden.

Regierungen und Unternehmen suchen nach neuen Quellen für kritische Mineralien, um die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, Batterien, erneuerbaren Energien und Elektrifizierungsinfrastruktur zu decken. Trotz der jüngsten Flut von Investitionsankündigungen prognostizieren Analysten für die kommenden Jahre Defizite. „Wenn alle geplanten Projekte realisiert werden, und das ist eine große Hoffnung, könnten sie in Zukunft fast drei Viertel des Energiebedarfs decken“, sagte Fatih Birol, Geschäftsführer der Internationalen Energieagentur.

China verarbeitet und produziert die meisten kritischen Mineralien der Welt, was Bedenken aufkommen lässt, dass geopolitische Spannungen die Versorgung amerikanischer Hersteller unterbrechen könnten. Das jüngste Beispiel sind Chinas Exportbeschränkungen für Gallium und Germanium ab dem 1. August. Durch Gesetzesentwürfe wie den Inflation Reduction Act vom letzten Jahr wurde jedoch staatliche Unterstützung für amerikanische Projekte bereitgestellt, um die inländische Produktion zu fördern.

Bergleute haben nach neuen Lagerstätten gesucht und in neue Verarbeitungsanlagen investiert, aber es wird Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern, bis diese Bemühungen mit der Produktion beginnen. Andere setzen auf Innovationen und suchen nach neuen Wegen, um die Erträge zu steigern und sogar Materialien aus vorhandenen Minenabfällen zurückzugewinnen.

Maschinelles Lernen

Maschinelles Lernen erweist sich als eine Möglichkeit, die Erträge zu steigern und die Kohlenstoffemissionen bei der Verarbeitung kritischer Mineralien zu reduzieren.

Graphit ist eine natürlich vorkommende Form von Kohlenstoff, bei der die Struktur der Atome dies zulässt Energie, die in einer Batterie gespeichert und verteilt werden soll, weshalb sie als Anode in Lithium-Ionen-Zellen für Batterien verwendet wird. „Eine Anode speichert die Energie in der Batterie wie ein Spülschwamm. Man drückt es heraus und die Energie fließt“, sagte Cuevas.

In der Elektrofahrzeugindustrie wird am häufigsten die Flockenform verwendet, Urbix hat jedoch über 50 bis 60 Quellen getestet. „Wie erstellen wir einen prädiktiven Steuerungsmodellmechanismus für maschinelles Lernen, damit sich der Prozess an bestimmte Feeds anpassen kann, um das gleiche Endprodukt zu erzeugen?“ sagte Cuevas. „Wir haben ein universelles Rezept für ausgewählte Graphitquellen erstellt.“

Cuevas sagte das dadurch Durch auf maschinellem Lernen basierende Technik wird der Abfall erheblich reduziert, da 80 % der als Rohmaterial eingesetzten Materialien im Endprodukt verwendet werden. Mit herkömmlichen Methoden liegen die Erträge in der Regel bei etwa einem Drittel.

Urbix hat eine Finanzierung der Serie C erhalten und betreibt eine Pilotanlage. Außerdem wird eine kommerzielle Demonstrationsanlage gebaut. Ziel ist es, bis 2026 mit der Produktion von 28.000 Tonnen pro Jahr zu beginnen und die Produktion ab 2032 auf 320.000 Tonnen zu steigern, wobei Graphit aus Lateinamerika, Madagaskar, Tansania und Nordeuropa bezogen wird.

Biotenside

Ein weiterer Innovator ist Locus Fermentation Solutions, ein Chemieunternehmen mit Sitz in Solon, Ohio, das darauf abzielt, die Erträge der Kupferproduktion durch den Einsatz von Biotensiden aus natürlichen Quellen wie Hefe zu steigern. Biotenside sind Chemikalien von Mikroben, die die Oberflächenspannung eines bestimmten Materials zerstören. Sie werden häufig in der Kosmetik, im Gesundheitswesen und in Pestiziden eingesetzt.

Typischerweise wird Kupfer auf eine von zwei Arten verarbeitet: entweder durch Einweichen von zerkleinertem Erz in einer Lösung aus Wasser und Chemikalien, die es den Zielmineralien ermöglicht, an die Oberfläche zu schwimmen, oder durch Auflösen des Gesteins in Säure, was als Auslaugung bezeichnet wird und die Mineralien an die Oberfläche schwimmen lässt. Laut Locus wird die Einführung von Biotensiden in diesem Teil des Prozesses die Ausbeute steigern.

„Wir verbessern die Erzgewinnung durch den Einsatz von Biotensiden“, sagte Gabi Knesel, Vizepräsidentin für Bergbau und Mineralienverarbeitung des Unternehmens.

Laut Locus sind seine Biotenside viel besser als bestehende Chemikalien, wenn es darum geht, die Oberflächenspannung von Gesteinen zu brechen und sich an das Kupfer zu binden. Durch die Zugabe von Biotensiden zusammen mit den anderen Chemikalien während des Einweichvorgangs schwimmt mehr Kupfer an die Oberfläche und es wird weniger verschwendet. Ebenso trägt die Zugabe von Biotensiden zum Auslaugungsprozess dazu bei, die Oberfläche des gelösten Gesteins aufzubrechen, sodass mehr Säure eindringen und dadurch mehr Kupfer anheben kann. Laut Locus steigern seine Biotenside die Kupferausbeute um 7 % und sparen Energie, da weniger Gestein zerkleinert werden muss. Das Verfahren wird auch an Eisenerz und Abraumabfällen getestet.

Kupfer ist eines der Schlüsselmetalle für den grünen Wandel. Elektrofahrzeuge verbrauchen beispielsweise sechsmal so viel Kupferkabel wie gasbetriebene Fahrzeuge.

„Die Welt wird elektrifiziert“, sagte Knesel. „Bergbauunternehmen stehen an zwei Fronten unter Druck: Sie müssen die Menge an Material für den Übergang liefern, und es gibt auch Druck von Investoren, Kunden und Gemeinden, umweltfreundlicher zu handeln. Locus deckt beide Fronten ab“, sagte sie.

Locus arbeitet mit großen Bergbauunternehmen zusammen, darunter BHP und Glencore,

Laut Knesel seien die Energieeinsparungen durch die neue Technik sowie die Ertragssteigerung von zentraler Bedeutung.

Meiner Abfälle

Umweltbewusste Gruppen sprechen häufig von Bergbauabfällen oder sogenannten Tailings, Bergbauunternehmen weniger. Der Zusammenbruch von Abraumdämmen hat zu großen Katastrophen geführt: Beim Ausfall des Abraumstaudamms Brumadinho in Brasilien im Jahr 2019 kamen 270 Menschen ums Leben, und der Minenbesitzer Vale stimmte einer Einigung in Höhe von 7 Milliarden US-Dollar zu. Auch außerhalb von Katastrophen geben Probleme mit Wasserverschmutzung und anderen Umweltproblemen immer noch Anlass zur Sorge.

Das in Woburn (Massachusetts) ansässige Startup Phoenix Tailings sieht Potenzial in diesem Abfall – sein Ziel ist es, seltene Erden aus Rückständen zurückzugewinnen. „Wir wollen die Welt aufräumen, indem wir die Metalle produzieren, die wir brauchen“, sagte Nicholas Myers, CEO des Unternehmens. „Langfristig müssen wir mehr Lieferanten für diese Metalle gewinnen, insbesondere für seltene Erden.“

Phoenix findet Minenstandorte, an denen der Abraum frei von radioaktiven Elementen wie Thorium und Uran ist. Anschließend werden die Abfälle abgebaut und verarbeitet, um die seltenen Erden zurückzugewinnen, die in Permanentmagneten für umweltfreundliche Technologien wie Elektrofahrzeuge und Offshore-Windkraftanlagen benötigt werden. Laut Myers wurde die Idee, Bergbauabfälle zu erschließen, noch nicht in größerem Maßstab ausprobiert, sodass theoretisch Hunderte von Standorten diese Methode zur Gewinnung von Zielmineralien nutzen könnten.

„Fast das gesamte Angebot an Seltenen Erden stammt aus China, daher dachten wir, wir könnten in diesem Bereich etwas bewirken“, sagte Myers. Das Unternehmen verfügt derzeit über eine Pilotanlage im Bundesstaat New York und gibt an, durch die Wiederverwertung der bei der Verarbeitung der Rückstände übrig gebliebenen Abfälle keinen Abfall zu produzieren.

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