Die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf elektrische Energieträger ist ein wesentlicher Schritt zur Reduzierung von CO2-Emissionen und zur Eindämmung des Klimawandels. Insbesondere für die Elektrifizierung im Transportsektor und in der Industrie ist Nickel ein unverzichtbares Material. Es wird sowohl für Batterien und Magnete als auch für Edelstahl benötigt. Prognosen deuten darauf hin, dass sich der Nickelbedarf bis zum Jahr 2040 voraussichtlich verdoppeln wird. Die herkömmliche Nickelproduktion verursacht jedoch derzeit etwa 20 Tonnen CO2 pro Tonne gewonnenen Nickels, was eine erhebliche Belastung für die Umwelt darstellt. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien (MPI-SusMat) in Düsseldorf haben nun einen bedeutenden Fortschritt erzielt. Sie haben ein CO2-freies und energieeffizientes Verfahren zur Nickelgewinnung entwickelt, das es zudem ermöglicht, bisher ungenutzte, minderwertige Erze zu verwerten.

In einem einzigen Schritt zu grünem Nickel

Zusammen mit seinen Kollegen entwickelte er ein Verfahren, bei dem Nickel aus Erzen in nur einem einzigen Schritt mit Wasserstoffplasma gewonnen wird – ganz ohne Kohlenstoff. Rechnet man die CO2-Emissionen ein, die beim Abbau der Nickelerze und deren Transport entstehen, so lassen sich die CO2-Emissionen mit dem neuen Prozess um 84% senken.  Zudem ist der Prozess bei Einsatz erneuerbarer Energiequellen bis zu 18% energieeffizienter, da das mehrmalige Erhitzen und Abkühlen der Erze wie bei konventionellen Verfahren üblich, vermieden wird.

Bisher setzt die Industrie überwiegend auf hochwertige Erze, da die Gewinnung von Nickel aus minderwertigen Erzen technisch deutlich anspruchsvoller ist. Nickel kommt in komplexen Silikaten oder Eisenoxiden vor. Herkömmliche Verfahren benötigen deshalb mehrere energieintensive Schritte: Kalzinierung, Schmelzen, Reduktion und Raffinierung. Die Max-Planck-Wissenschaftler können mit ihrem neuen Verfahren auch minderwertige Erze – die rund 60% der weltweiten Nickelvorkommen ausmachen – in einem einzigen Lichtbogenofen zu einem hochwertigen Nickelprodukt, sogenannter Ferronickel, verarbeiten.

Von der Forschung zur Anwendung

Dieses innovative Verfahren reduziert nicht nur die Emissionen und den Energieverbrauch signifikant, sondern erweitert gleichzeitig das Spektrum der nutzbaren Nickelerze, was sowohl für die Wirtschaft als auch für die Umwelt einen erheblichen Vorteil darstellt. Der nächste entscheidende Schritt besteht nun in der Skalierung des Prozesses für die industrielle Anwendung.

Die dafür notwendigen Technologien, wie Lichtbögen mit hohen Strömen, elektromagnetische Rührsysteme und Gasimpulse, sind in der Industrie bereits etabliert, was die Integration des neuen Verfahrens in bestehende Produktionsanlagen erheblich vereinfacht.

Die Entwicklung dieses neuen Verfahrens zur Herstellung von "grünem Nickel" schafft die Basis für eine umweltfreundlichere Elektrifizierung des Verkehrssektors. Das gewonnene Ferronickel kann direkt in der Edelstahlproduktion eingesetzt oder – nach weiterer Verarbeitung – für Batteriematerialien und Hochleistungsmagnete verwendet werden. Selbst die bei der Reduktion entstehende Schlacke lässt sich weiter nutzen, beispielsweise in der Bauindustrie für Zement oder Ziegel. Darüber hinaus ist das Grundprinzip des Verfahrens auch auf andere Metalle wie Kobalt übertragbar, das ebenfalls eine zentrale Rolle für die Elektromobilität und die Energiespeicherung spielt.


Den ganzen Artikel finden Sie unter:

https://www.mpie.de/5079148/green-nickel-for-electrification

Quelle: Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien (04/2025)


Publikation:
U. Manzoor, L. Mujica Roncery, D. Raabe, I.R. Souza Filho
Sustainable nickel enabled by hydrogen-based reduction
Nature (2025), DOI: 10.1038/s41586-025-08901-7
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08901-7