Platin

Nutzung in der Wasserstoffwirtschaft

Wichtigste Bergbauquellen

Platin wird unter Anderem in Wasserstoffautos und Elektrolyseuren als Katalysator eingesetzt.

Platinerz-Abbau

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geologische Herkunft

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Platin

Verarbeitung der Platinerze

Recycling und Zukunft

Schlüsselmetall der Wasserstofftechnologie

Die Verarbeitung von Platinerz ist komplex – mehrere Schritte sind nötig, um reines Platin zu isolieren.

Lieferwege

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Platin kann recycelt und wiederverwendet werden – und spielt auch in Zukunft eine zentrale Rolle für grüne Technologien wie Wasserstoff.

Transportwege

Recycling

Wie wird Platin recycelt?

Anteil Recycling

Info

Im Jahr 2023 wurden 179 Tonnen Platin gefördert und abgebaut sowie zusätzlich 46,5 Tonnen durch Recycling zurückgewonnen.

Deshalb lohnt sich das Recycling bei Edelmetallen, Platin:

Jahr 2023

Rückgewinnungspotential

Info

Aus platinhaltigen Abfällen kann etwa 95% des Platins wiederverwendet werden. Nur ca. 5% geht dabei verloren.

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Zukunft

Welche Rolle spielt Platin in Zukunft?

Gibt es Alternativen?

Ganz ohne seltene Rohstoffe geht es nicht. Es gibt jedoch Ansätze, Platin durch andere Rohstoffe zu ersetzen und dabei den Bedarf zu reduzieren:

• Platin bleibt zentral für umweltfreundliche Technologien wie Brennstoffzellen und Katalysatoren
• Mit dem Wachstum der E-Mobilität und sauberer Energie wird die Nachfrage stark steigen
• Recycling und nachhaltige Förderung werden immer wichtiger, um Versorgungslücken zu vermeiden

Palladium-Nanoblätter

Kobalt

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Wie viel Platin steckt in einer Tonne Erz?

• 1 Tonne Gestein enthält ca.3–5 Gramm PGM
• Nach Aufbereitung (Flotation, Schmelzen, Raffination) liegt die Ausbeute bei etwa 75 %
• Also ca. 2,5 Gramm (eine1-Cent Münze) reines Platin pro 1 Tonne (ein VW Polo) Erz

1.000.000 Gramm

2,5 Gramm

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Was passiert mit dem reinen Platin?

Transport - Lieferwege weltweit

• Beispielhaft sind einige Lieferwege eingezeichnet
• Das reine Platin bereist ab seinem Abbau in unserer Beispielmine in Südafrika einige Standorte weltweit
• Diese Stationen werden dabei zurückgelegt:

Schritt 6

Schritt 4

Schritt 2

In mehreren Fertigungsschritten werden Katalysatoren in Einheiten verbaut (z. B. Elektrodenbeschichtung, Stack-Montage). Diese Einheiten werden in Endprodukte eingebaut:

Produktionsstätten der Katalysator-Hersteller wie Umicore, Johnson Matthey, BASF in: Hanau (D), Changshu (CN), Icheon (KR), Gliwice (PL), Skopje (MZ),...

Transport meist per Seefracht ab Exporthäfen in Südafrika, bspw. in Durban oder Gqeberha (Port Elizabeth).

• Elektrolyseure zur Wasserstoffproduktion (z.B. Pilotprojekt in Reutlingen)
• Brennstoffzellen für Busse, Lkw, Züge, Backup-Systeme, Schiffe etc.

Schritt 1

Schritt 3

Schritt 5

Reines Platin kommt aus der Beispielmine aus dem Bushveld Komplex in Südafrika.

Empfang der Fracht in Häfen weltweit, zum Beispiel in Hamburg (D), Shanghai (CN), Busan (KR), Gdansk (PL).

Katalysatoren werden an Hersteller von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen geliefert:

• Elektrolyseurproduzenten: Siemens Energy (D), Bosch (D), ITM Power (UK), Cummins Enze (CN), Thyssenkrupp Nucer, ....
• Brennstoffzellenproduzenten: Ballard Power Systems (CA, DK, MX), Hydrogenics / Cummins (BE, D,CA)

Zerkleinern und Mahlen

Flotation- Trennung von wertlosem Gestein

Schmelzen und feinere Trennung

Raffination – chemische Reinigung

Schritt 1

Schritt 3

Schritt 4

Schritt 2

Das abgebaute Erz wird zunächst zerkleinert und fein gemahlen, damit die Metallbestandteile später besser getrennt werden können.

Das gemahlene Erz wird in Wasser gegeben, mittels sogenannter Flotation werden wertvolle Metallpartikel grob von wertlosem Gestein getrennt.

Das entstandene Konzentrat mit Platingruppenmetallen (PGM), Nickel, Kupfer und Eisen wird geschmolzen. Es entsteht die Matte (enthält PGM, Nickel, Kupfer und Schwefel) und die Schlacke (Abfallgestein, das nicht verwertet wird).

In mehreren Schritten werden Nickel und Kupfer vom Konzentrat getrennt. Danach werden die einzelnen PGM chemisch voneinander getrennt, um reines Platin zu isolieren.

Bushveld Komplex

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Taylor, C.D., Schulz, K.J., Doebrich, J.L., Orris, G.J., Denning, P.D., and Kirschbaum, M.J., Public domain, via Wikimedia Commons

Bushveld Komplex

• Im Süden des Bushveld Komplexes, nahe Rustenburg, sind viele Platinminen lokalisiert, welche von unterschiedlichen Firmen betrieben werden
• Zu den Minen mit der größten Platinproduktion und -vorkommen gehören unter Anderem:
• Mogalakwena Mine
• Marikana Mine
• Rustenburg Mine
• Impala Mine
• ...

Taylor, C.D., Schulz, K.J., Doebrich, J.L., Orris, G.J., Denning, P.D., and Kirschbaum, M.J., Public domain, via Wikimedia Commons

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Wer zahlt den wahren Preis der Rohstoffe?

Ressourcengerechtigkeit

Der Platinabbau in Südafrika ist in mehreren Hinsichten problematisch:

• Die Arbeiter müssen zu Fuß etwa eine Stunde in die Mine gehen
• Sie leben meist ohne Strom und fließendes Wasser
• Ihre Behausungen haben meist nur Wellblechdächer, die sie kaum vor dem Wetter schützt
• Streiks werden gewalttätig niedergeschlagen:2012 wurden bei einem Streik 34 Arbeiter von der Polizei erschossen
• Der Arbeitsschutz ist unzureichend, jährlich kommt es zu Dutzenden tödlichen Arbeitsunfällen

• Der Abbau verbraucht bis zu 140.000 Liter Wasser pro Mine und pro Tag
• Das Wasser wird dabei vergiftet

• Dies führt zu Wasserknappheit und infolgedessen zu Wasserrestriktionen für die Bevölkerung
• Die Minenarbeiter müssen bei bis zu 45°C in unter 1m hohen Schächten arbeiten
• Das Gehalt reicht für sie nicht zum Leben
• Der beim Abbau entstehende Staub führt langfristig zu Krankheiten (z.B. Tuberkulose)

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Wie viel sind 2142 Tonnen Platin?

• Ein typischer Linienbus mit den Maßen 12m*2,6m*3,2m hat ungefähr ein Volumen von 100 Kubikmetern
• Dies entspricht dem Volumen von 2142 Tonnen reinem Platin, also den geschätzten Reserven der Impala Mine

Wie viel reines Platin lässt sich in einer Tonne Gestein finden?

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Recyclingverfahren

In traditionellen Verfahren, die seit etwa 50 Jahren angewandt werden, wird der platinhaltige Abfall bei über 1500°C verbrannt, um die Komponenten voneinander zu lösen. Dies ist jedoch umweltschädlich, da dabei giftige Stoffe entstehen.

Bei neu entwickelten Verfahren werden die Platinreste in einer Mischung aus Zinkchlorid und einer ionischen Flüssigkeit bei etwa 100°C unter Spannung gesetzt, woraufhin sich das Platin in der Flüssigkeit löst und später einfach abgeschieden werden kann. Diese Methode ist deutlich umweltfreundlicher, da keine giftigen Stoffe entstehen.

Palladium-Nanoblätter

An der Tokyo University of Science wurden Palladium-Nanoblätter entwickelt, die bei geringerem Rohstoffbedarf eine ähnliche Effizienz wie Platin-Katalysatoren erreichen. Dadurch, dass deutlich weniger Edelmetall benötigt wird, können auch die Kosten und der Klimaeinfluss beim Bergbau reduziert werden.

geologische Herkunft

• Platin kommt im magmatischen Gestein der Erdkruste vor
• es bindet sich bevorzugt an Nickelsulfid, Kupfersulfid oder Eisensulfid
• Wenn Magma abkühlt, werden Platin und andere PGM (Platin-Gruppen-Metalle) eingeschlossen
• Beispiele für PGM: Platin, Palladium und Rhodium
• Dadurch entstehen konzentrierte Lagerstätten, die Grundlage für den industriellen Abbau von Platinerzen

Sibirien, Russland

• Russland gehört zu den führenden Nationen weltweit in Bezug auf Platinvorkommen und -produktion
• Aus der Region Norilsk-Talnach in Sibirien stammt der Großteil der russischen Platinproduktion

Prognosen Platinbedarf bis 2040

Bis 2040 könnte laut der Deutschen Rohstoffagentur der Platinbedarf im Nachhaltigkeits-Szenario (umweltfreundliche Entwicklung mit Fokus auf erneuerbaren Energien und Ressourceneffizienz) um rund 60% wachsen.

Kobalt statt Platin

Eine Forschungsgruppe am Los Alamos National Laboratory in den USA hat einen Kobalt-basierten Katalysator für Brennstoffzellen entwickelt. Dieses Material kann die Kosten um ein Vielfaches senken und die benötigten Rohstoffe diversifizieren.

Platin in der Brennstoffzelle

• In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff
• Dabei entstehen Strom, Wasser und Wärme
• Solche Brennstoffzellen werden zum Beispiel in Wasserstoffautos eingesetzt
• Platin wirkt dabei als Katalysator und hilft dabei, dass die chemische Reaktion schneller und effizienter abläuft

Genauerer Blick auf eine Mine: Impala Mine

• Die Impala Mine liegt in der Provinz North West, nahe Rustenburg, und wird von Impala Platinum betrieben
• Diese Mine produziert jährlich etwa 22,68 Tonnen Platin und verfügt übergeschätzte Reserven von rund 2142 Tonnen Platin

Platin im Elektrolyseur

• Ein Elektrolyseur zerlegt Wasser (H₂O) mithilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂)
• Platin dient dabei als Katalysator und hilft, die Reaktion effizienter ablaufen zu lassen
• Dadurch wird weniger Energie benötigt
• Der produzierte Wasserstoff kann gespeichert, transportiert und später – z. B. in einer Brennstoffzelle – wieder in Strom umgewandelt werden

Recycling von Platin

• Sehr selten in der Erdkruste
• Aufwändiger & umweltschädlicher Abbau
• Hoher wirtschaftlicher Wert
• Recycling spart über 90 % Energie & CO₂
• Rückgewinnung technisch effizient (bis zu 95 %)
• Wichtiger Rohstoffe für Zukunftstechnologien
• Unabhängigkeit von begrenzten Lagerstätten

Globale Platinförderung nach Ländern im Jahr 2023

• Im Jahr 2023 wurden weltweit rund 179 Tonnen Platin gefördert
• Die bedeutendstenFörderländer sind Südafrika mit etwa 125 Tonnen, Russland mit rund 21 Tonnen, Simbabwe mit etwa 19,2 Tonnen und Kanada mit circa 5,2 Tonnen

• Weitere Länder tragen gemeinsam mit etwa 5,7 Tonnen zur globalen Platinproduktion bei

Montana, USA

• Der Stillwater Komplex liegt im Süden des Bundesstaates Montana
• Zählt zu den wenigen Standorten weltweit, bei welchen sich der Abbau von Platin (und Palladium) wirtschaftlich lohnt

Bushveld-Komplex, Südafrika

• Südafrika gehört zu den weltweit führenden Produzenten von Platin und trägt maßgeblich zur globalen Versorgung bei
• Der Bushveld-Komplex ist eine geologische Struktur, die reich an Platingruppenelementen (bspw. Platin, Palladium, Rhodium,...) ist
• Der Komplex liegt im Grenzgebiet der Provinzen Nordwest, Gauteng, Mpumalanga und Limpopo in Südafrika
• Hier befinden sich einige der weltweit ertragreichsten Minen, darunter Rustenburg, Mogalakwena und die Impala Mine

Ein genauerer Blick auf den Bushveld Komplex: