Engpass im All: Lithium, Kobalt & Platin werden zur Mangelware

Raumfahrt und Rohstoffe – Teil 2

Ohne zuverlässige Energieversorgung und ohne einen effizienten Antrieb bleibt jede Raumfahrtmission bereits auf der Startrampe stehen. Beides hängt maßgeblich von einer Handvoll kritischer Rohstoffe ab, die in der öffentlichen Wahrnehmung selten die Aufmerksamkeit bekommen, die ihnen technisch zusteht. Insbesondere Lithium und Kobalt sind als Energiespeicher von großer Bedeutung.

An Bord von Raumfahrzeugen versorgen Lithium-Ionen-Batterien Instrumente, Kommunikationssysteme und teils auch Antriebseinheiten mit elektrischem Strom. Ihr Vorteil liegt in der hohen Energiedichte bei vergleichsweise geringem Gewicht. Dies ist gerade in der Luft- und Raumfahrt ein entscheidender Faktor, weil jedes zusätzliche Kilogramm die Startkosten in die Höhe treibt.

Kobalt wiederum stabilisiert die Kathoden dieser Batterien und verbessert sowohl die Energiedichte als auch ihre Lebensdauer. Weil die Kobaltversorgung aufgrund komplexer, geographisch konzentrierter Lieferketten anfällig ist, forscht die Raumfahrtindustrie parallel an alternativen Materialien und neuen Recyclingverfahren.

Platin als Katalysator in Brennstoffzellen

Neben Batterien setzen Raumfahrtmissionen auf Brennstoffzellen, in denen Platin und andere Platingruppenmetalle als Katalysatoren für die chemische Stromerzeugung dienen. Brennstoffzellen bieten eine saubere und effiziente Energiequelle und kommen in bemannten US-Raumfahrtprogrammen regelmäßig zum Einsatz. Ihre hohe Zuverlässigkeit macht sie sowohl für bemannte als auch für unbemannte Missionen attraktiv.

Xenon-Ionentriebwerke für die weiten Reisen

Für Missionen zu fernen Planeten oder Asteroiden reicht ein klassischer chemischer Antrieb allein oft nicht aus. Ionentriebwerke, wie sie unter anderem bei den NASA-Sonden Dawn und Deep Space 1 sowie bei der europäisch-japanischen Merkur-Mission BepiColombo zum Einsatz kamen, ionisieren das Edelgas Xenon und beschleunigen es durch ein elektrisches Feld.

Der dabei erzeugte Schub ist gering, doch die Triebwerke können über Monate oder Jahre kontinuierlich arbeiten und erreichen so am Ende sehr hohe Geschwindigkeiten. Da Xenon auf der Erde nur in winzigen Mengen aus der Luft gewonnen werden kann, zählt es zu den knappsten und teuersten Industriegasen überhaupt. Die Verfügbarkeit von Xenon stell damit einen Engpass dar, der bei einem wachsenden Bedarf an Ionentriebwerken zunehmend ins Gewicht fallen dürfte.

Rohstoffe sind und bleiben der kritische Engpass der Raumfahrttechnik

Die Energie- und Antriebstechnik im All hängt somit von einer ähnlich schmalen Rohstoffbasis ab wie viele Zukunftstechnologien auf der Erde. Der einzige, aber entscheidende Unterschied ist, dass ein Versorgungsengpass im Orbit nicht kurzfristig behoben werden kann.

Für künftige Missionen zeichnen sich zudem neue Antriebsansätze ab, die den Bedarf an kritischen Rohstoffen eher noch erhöhen dürften. So werden etwa Hall-Effekt-Triebwerke, die eine Weiterentwicklung des klassischen Ionenantriebs darstellen, inzwischen serienmäßig in großen Satellitenkonstellationen eingesetzt. Sie benötigen ebenfalls Xenon oder alternative Edelgase als Treibmittel.

Parallel arbeiten mehrere Raumfahrtagenturen an nuklearen Antriebskonzepten für bemannte Marsmissionen. Diese Technologie ist wiederum auf hochspezialisierte Hitzeschutzlegierungen und Strahlungsabschirmungen angewiesen. Die Frage der Rohstoffverfügbarkeit dürfte die Antriebstechnik der Raumfahrt damit auch in den kommenden Jahrzehnten begleiten.

Aktuelle Preise und Nachfrage

Auch an den Rohstoffmärkten spiegelt sich die hohe Nachfrage nach Batterie- und Katalysatormetallen wider. Kobalt kostet aktuell mehr als 30.000 US-Dollar je Tonne, während Lithiumcarbonat in China zuletzt bei umgerechnet rund 18.500 US-Dollar je Tonne notierte. Vorangegangen ist ein kurzfristiger Rücksetzer im September wegen höherer chinesischer Lagerbestände. Dennoch liegt das aktuelle Preisniveau weiterhin rund 80 Prozent über dem des Vorjahres.

Platin, das wichtigste Katalysatormetall für Brennstoffzellen, notierte Ende September bei rund 1.758 US-Dollar je Feinunze. Für Xenon existiert dagegen kein liquider Weltmarktpreis. Das Edelgas wird in kleinen Mengen als Nebenprodukt der Luftzerlegung gewonnen und entsprechend individuell zwischen den Herstellern und ihren Großabnehmern gehandelt.