Im Zuge der globalen Wende hin zu sauberer Energie wird Nickel – der Kernrohstoff für Edelstahl und Traktionsbatterien – zunehmend wichtiger. Doch die hochwertigen Nickelsulfidvorkommen schwinden, während die Nickelressourcen in großen Mengen von niedriggradigen ultramafischen Gesteinen aufgrund der hohen Kosten und der starken Umweltbelastung konventioneller Verfahren seit Langem „schlummern“. Am 15. Juni 2026 veröffentlichte ein Forschungsteam der University of Toronto in der Nature-Fachzeitschrift Communications Engineering einen bahnbrechenden Erfolg: Es berichtete über ein neues Niedertemperatur-Feststoffextraktionsverfahren zur effizienten Nickelgewinnung aus ultramafischen Erzen und ebnete damit einen nachhaltigen technologischen Weg zur Erschließung von weltweit rund 45 Millionen Tonnen unerschlossener Nickelressourcen.

Das Dilemma der „armen Nutzung reicher Vorkommen“ ultramafischer Gesteine

Ultramafische Gesteine sind reich an Magnesium- und Eisensilikatmineralien und gelten seit Langem als wichtige Wirtsgesteine für Nickelvorkommen. Ihre komplexe mineralogische Beschaffenheit und ihr schwer zu verarbeitender „tauber“ Charakter machen konventionelle Extraktionsverfahren jedoch kostspielig, ineffizient und ökologisch äußerst herausfordernd.

Das Dilemma konventioneller Verfahren:

Pyrometallurgische Route: Erfordert das vollständige Schmelzen des magnesiumsilikathaltigen Erzes, extrem energieintensiv und mit hohen SO₂-Emissionen verbunden

Hydrometallurgische Laugungsroute: Ist auf aggressive Chemikalien wie starke Säuren angewiesen, verursacht großen Druck bei der Abwasserbehandlung und hinterlässt einen schweren ökologischen Fußabdruck

Da die globale Nickelnachfrage durch die Expansion von Elektrofahrzeugen und Speichertechnologien für erneuerbare Energien beschleunigt wächst, ist die Entwicklung umweltfreundlicher Extraktionsstrategien für niedriggradige Nickelerze zu einer dringenden Notwendigkeit geworden, um die Stabilität und Nachhaltigkeit der globalen Nickelversorgungskette zu gewährleisten.

Drei Durchbrüche des Niedertemperatur-Feststoffverfahrens

Das Forschungsteam um Wei Lv, Fanmao Wang und Brian Makuza (Korrespondenzautor Fanmao Wang) vom Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der University of Toronto hat dieses innovative Verfahren mit Unterstützung von Vale Base Metals und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada erfolgreich entwickelt. Das Verfahren wurde im Mini-Plant-Maßstab validiert, wobei die Kerninnovationen in drei Bereichen liegen:

Niedertemperatur-Feststoffreaktion: Abschied vom energieintensiven Schmelzen

Während konventionelle Verfahren das Erz vollständig bis zum Schmelzzustand erhitzen müssen, arbeitet das neue Verfahren bei Temperaturen unter 950 °C mit überwiegend festen Reaktionen. Durch präzise Steuerung von Temperatur, Atmosphäre und Eisenmenge im Reaktor werden günstige thermodynamische Bedingungen für die selektive Migration von Nickel geschaffen.

Verfahrensparameter:

Behandlungsdauer nur etwa 3 Stunden

Betriebstemperatur unter 950 °C, weit unter der konventionellen Schmelztemperatur

Günstiges Eisenpulver als „Nickelfänger“: Das Kernstück der selektiven Trennung

Die genialste Innovation des Verfahrens liegt in der Verwendung von kostengünstigem metallischem Eisenpulver als „Nickelfänger“. Während der Wärmebehandlung wandert Nickel aus der Sulfidphase in die metallischen Nickel-Eisen-Partikel und bildet eine Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickelgehalt von 16–24 %.

Doppelter Effekt der selektiven Trennung:

Nickel gelangt in die Legierungsphase: Nickel wird selektiv in magnetischen Nickel-Eisen-Legierungspartikeln angereichert

Schwefel wird stabil fixiert: Schwefel wird effektiv in einer stabilen festen Sulfidphase „eingeschlossen“, wodurch SO₂-Emissionen vollständig vermieden werden

Durch Steuerung von Größe und Morphologie der Legierungspartikel kann eine effiziente magnetische Trennung von der Gangart erreicht werden.

Vollständiger Weg vom „Gestein“ zum „batteriefähigen Nickel“

Die extrahierte Nickel-Eisen-Legierung kann durch konventionelle Raffinationsverfahren weiter zu batteriefähigem Nickel verarbeitet werden. Dies bedeutet, dass die Technologie keine isolierte Laborlösung ist, sondern mit bestehenden Industriesystemen kompatibel ist und einen vollständigen Industrialisierungspfad vom Erz zum Endprodukt bietet.

Neugestaltung der globalen Nickelversorgungskette

Erschließung von 45 Millionen Tonnen „schlafender“ Ressourcen

Schätzungen zufolge sind in ultramafischen Gesteinen weltweit rund 45 Millionen Tonnen unerschlossenes Nickel enthalten. Diese Zahl entspricht einem erheblichen Anteil der weltweit nachgewiesenen Nickelreserven. Die Technologie öffnet diese lange als „wirtschaftlich nicht realisierbar“ geltenden Ressourcen für die Kommerzialisierung.

Grün und kohlenstoffarm: Saubere Metallurgie ohne SO₂-Emissionen

Einer der größten ökologischen Nachteile der konventionellen Nickelverhüttung sind die SO₂-Emissionen. Das neue Verfahren eliminiert SO₂-Emissionen an der Quelle, indem Schwefel stabil in einer festen Sulfidphase fixiert wird. Gleichzeitig reduziert der Niedertemperaturbetrieb den Energieverbrauch erheblich und steht im Einklang mit dem globalen Trend zur Dekarbonisierung der Metallproduktion.

Wirtschaftliche Vorteile: Schnell, kostengünstig und skalierbar

Schnelle Verarbeitung: Ein Behandlungszyklus von etwa 3 Stunden steigert die Produktionseffizienz erheblich

Kostengünstige Rohstoffe: Verwendung von billigem Eisenpulver als Fänger, ohne Abhängigkeit von Edelmetallen

Modulares Design: Im Mini-Plant-Maßstab validiert, anpassbar an verschiedene Betriebsgrößen von Pilotanlagen bis zu vollwertigen Minen, auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen geeignet

Strategischer Wert: Linderung der globalen Nickelversorgungsknappheit

Nickel ist ein Grundmaterial für Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien, und Versorgungsengpässe wirken sich direkt auf die Verbreitung von Elektrofahrzeugen und den Fortschritt der Energiewende aus. Durch die Erschließung zuvor wirtschaftlich nicht abbaubarer Nickelressourcen könnte diese Technologie dazu beitragen, den globalen Nickelversorgungsengpass zu lindern und hat tiefgreifende strategische Bedeutung für die Sicherung der Versorgungskette kritischer Mineralien und die Stabilisierung der Industriekette für neue Energiefahrzeuge.

Stärkung der gesamten Wertschöpfungskette von der Mine bis zur Batterie

Auf der Minenseite: Die Technologie kann direkt in der Aufbereitungsstufe ultramafischer Nickelerze eingesetzt werden, um niedriggradiges Erz vor Ort zu einer hochwertigen Nickel-Eisen-Legierung aufzuwerten, wodurch Transport- und Verhüttungskosten erheblich gesenkt werden.

Auf der metallurgischen Seite: Die extrahierte Nickel-Eisen-Legierung kann über bestehende Raffinationsprozesse zu batteriefähigem Nickelsulfat verarbeitet werden, was eine nahtlose Integration mit nachgelagerten hydrometallurgischen Verfahren ermöglicht, die Laugungseffizienz verbessert und den Säureverbrauch senkt.

Auf der Recyclingseite: Das Feststoffreaktionsprinzip der Technologie bietet auch neue Ansätze für das Recycling von Nickelressourcen und könnte in Zukunft auf die Rückgewinnung von Altbatterien und nickelhaltigen Abfällen ausgeweitet werden.

Vom energieintensiven Schmelzen zur Niedertemperatur-Feststoffextraktion, von hohen SO₂-Emissionen zur schwefelfreien Emission, von „nicht abbaubar“ zu „wirtschaftlich realisierbar“ – die Forschung des Teams der University of Toronto bietet ein neues technologisches Paradigma für die nachhaltige Erschließung globaler Nickelressourcen. Während die Nachfrage nach Nickel im Zuge der globalen Energiewende weiter steigt, könnte dieses innovative Verfahren zur „Erschließung des Nickelwerts ultramafischer Gesteine“ genau der „Schlüssel“ zur Sicherung der globalen Nickelversorgungskette sein.