Metall aus Meerwasser

Ein Startup will die amerikanische Magnesiumproduktion wieder aufnehmen.

von Lee Harris

6. Oktober 2023

5:30 AM MORGEN

Mit freundlicher Genehmigung der Archive des Science History Institute

In den Werbeanzeigen von Dow Magnesium aus den Jahren 1942 und 1943 waren ein Würfel aus Meerwasser und ein geflügelter Barren aus Magnesium zu sehen, flankiert von Kampfflugzeugen.

Ein in Oakland, Kalifornien, ansässiges Startup hat einen Geschäftsplan, der wie moderne Alchemie klingt: Meerwasser in Metall umwandeln und daraus Autos, Flugzeuge, Satelliten und Drohnen bauen.

Magrathea Metals, benannt nach einem Planeten im Science-Fiction-Epos „Per Anhalter durch die Galaxis“ von Douglas Adams, entwickelt eine kostengünstigere Methode, um Salzwasser zu gekochten Salzlösungen zu reduzieren und die verbleibenden Salze zu elektrolysieren, um Magnesiummetall herzustellen.

CEO Alex Grant hofft, dass das Produkt skaliert werden kann, um leichte, klimaneutrale Alternativen zu den vorherrschenden Strukturmetallen Aluminium und Stahl zu schaffen. Das Unternehmen habe bereits mehrere Regierungsverträge unterzeichnet, sagte Grant, und ein Projekt mit einem nicht genannten großen Autohersteller gestartet.

Metall aus Meerwasser mag fantastisch klingen, aber die USA stellten es bereits vor einem Jahrhundert her. Dow Chemical begann in den 1920er Jahren mit der Produktion von Magnesium für Flugzeuge, Autoteile und Bomben. In den 1940er Jahren verfeinerte Dow das Verfahren, das Magrathea nun wiederbeleben möchte, indem es Magnesium aus den Gewässern des Golfs von Mexiko gewann.

Mehr von Lee Harris

Doch heute gibt es in ganz Nordamerika, Europa und Australien nur einen Primärproduzenten von Magnesium: US Magnesium in Utah, das die ungewöhnliche Ehre genießt, bereits während seines Betriebs zum Superfund-Standort erklärt zu werden. US Magnesium erklärte während der Pandemie höhere Gewalt (höhere Gewalt) und hatte Berichten zufolge Mühe, die volle Betriebskapazität seiner Anlagen wiederherzustellen.

Wie bei so vielen anderen natürlichen Ressourcen und kritischen Komponenten hat China eine beherrschende Stellung bei der weltweiten Versorgung mit Magnesium erlangt. Magrathea schlägt vor, Amerikas Status als bedeutender Primärproduzent wiederherzustellen – dieses Mal durch die Nutzung erneuerbarer Energien.

Das Unternehmen wird voraussichtlich vom Inflation Reduction Act und seiner Produktionssteuergutschrift für seltene Mineralien profitieren. Die Frage ist, wie bei der direkten Lithiumgewinnung mittels Geothermie, ob eine kosteneffiziente Skalierung möglich ist. Das Team hat mit pensionierten Ingenieuren des Dow Magnesium- und Aluminiumunternehmens Norsk Hydro zusammengearbeitet, die bewährte Verfahren zur Materialhandhabung ausgetauscht haben. „In zehn oder 20 Jahren wird ihr Wissen verloren gehen. Aber wir konnten viel einfangen, während sie es noch geben können“, sagte Grant.

Als Teil eines größeren Anstiegs der Fertigungsinvestitionen wird Magratheas Angebot testen, ob ein Materialwissenschafts-Startup mit globalen metallproduzierenden Giganten konkurrieren kann, die Stahl im Wert von Milliarden Dollar im Boden haben.

Die amerikanische Magnesiumproduktion entstand aus Unterbrechungen der Lieferketten während des Krieges.

Als Herbert Dow in den 1890er Jahren in Midland, Michigan, ankam, war die Gegend umweltschädlich. Durch den intensiven Holzeinschlag waren uralte Wälder zerstört worden, und da es nur noch wenig zu hacken gab, ging die Holzindustrie zurück.

Dow sah eine Gelegenheit, auf eine weitaus ältere Ressource zurückzugreifen: die salzigen Überreste der prähistorischen Meere der Region, die in tiefen Grundwasserleitern in Zentral-Michigan verlaufen. Er gründete ein Chemieunternehmen, das Brom, Magnesium und andere Elemente aus diesem bitteren Wasser extrahierte.

Im Jahr 1914 unterbrach eine Blockade durch die Alliierten im Ersten Weltkrieg die Importe aus Deutschland, dem damals größten Magnesiumproduzenten der Welt. Die Beschränkungen verdeutlichten die Abhängigkeit Amerikas von Deutschland bei anderen lebenswichtigen Gütern wie Aspirin, Farbstoffen und Chemikalien und gaben Dow die Möglichkeit, die Magnesiumproduktion auszuweiten.

Nach einer Flaute in der Zwischenkriegszeit verstärkte der Zweite Weltkrieg die Inlandsnachfrage nach Magnesium. Sowohl die Flugzeugbomber als auch die Bomben, die sie trugen, verwendeten Magnesium, das beim Verbrennen hell aufleuchtet. Dow entwickelte ein Verfahren zur Gewinnung von Magnesium aus dem Meer und eröffnete 1941 ein neues Werk in Freeport, Texas, wobei der Standort aufgrund der günstigen Verfügbarkeit von Erdgas, Salz, Schwefel und Austern in Galveston Bay ausgewählt wurde. Austernschalen wurden zur Herstellung von Kalziumoxid verwendet.

„Es liegt eine epische Qualität darin, eine flache, schmale Landzunge mit seltsam geformten Strukturen zu bevölkern und diese zu kombinieren, um eine Schöpfkelle aus glänzendem Metall aus einer sich kräuselnden, weiß bedeckten Meereswelle zu ziehen“, schrieb Dow ein späterer Bericht an den Kongress.

Mit freundlicher Genehmigung der Archive des Science History Institute

Blick auf die Meerwasseransauganlage im Werk der Dow Chemical Company in Freeport, Texas

Nach dem Zweiten Weltkrieg ging die Magnesiumnachfrage zurück, und der Koreakrieg belebte den Markt kurzzeitig wieder. Dow investierte Magnesium stattdessen in Konsumgüter wie Nähmaschinen und Kinderwagen.

In den 1970er Jahren schrieb Marvin Lieberman, Professor für Industriepolitik an der UCLA: „Dow wechselte von seiner ‚Limit-Pricing‘-Strategie, die darauf abzielte, Dows Position als dominierender Magnesiumproduzent zu behaupten, zu einer ‚Skim-Pricing‘-Strategie, die darauf abzielte, unmittelbarere Erträge zu maximieren.“ .“ Es erhöhte den Magnesiumpreis, verkaufte seine Magnesium-Forschungsbibliothek und verlegte Magnesium-Forschungspersonal in andere Einheiten.

US Magnesium, das aus dem Großen Salzsee schöpft, nahm 1972 seinen Betrieb auf, und erst in den 1990er Jahren begann die Dominanz der USA als globaler Primärproduzent von Magnesium zu schwinden. Zollsenkungen führten zu einem Anstieg der Magnesiumimporte aus China und Osteuropa, und die USA wurden zum Importeur. Als Hurrikan Frances 1998 das Werk in Freeport überschwemmte, nutzte Dow die Gelegenheit, um höhere Gewalt zu erklären und sich aus dem Geschäft zurückzuziehen.

Neue Kraftstoffverbrauchsnormen zwangen die Automobilhersteller unterdessen dazu, das Gewicht ihrer Fahrzeuge zu reduzieren. Viele tauschten Stahl gegen leichtere Materialien wie Aluminiumlegierungen, die etwas Magnesium enthielten.

Die weltweite Magnesiumproduktion hat sich zwischen 1995 und 2023 mehr als verdreifacht, der US-Anteil sank jedoch. Da es seit 2001 nur einen US-Produzenten gab, hat der US Geological Survey (USGS) die landesweiten aggregierten Statistiken zur Magnesiumproduktion zurückgehalten mit der Begründung, dass damit proprietäre Unternehmensdaten offengelegt würden.

Im Jahr 1994 produzierte China weniger als 5 Prozent des weltweiten Magnesiums; Laut USGS-Angaben machte es im Jahr 2014 87 Prozent des Weltmarktes aus. Im Jahr 2021 warnten europäische Automobilhersteller und Wirtschaftsverbände aufgrund von Engpässen bei chinesischem Magnesium vor der „unmittelbaren Gefahr europaweiter Produktionsstillstände“ aufgrund schwindender Magnesiumvorräte.

Ebenfalls im Jahr 2021 wurde US Magnesium aufgrund von Ausrüstungsproblemen geschlossen. Seitdem scheint das Unternehmen die Produktion wieder aufgenommen zu haben. Mehrere Vertreter konnten für eine Stellungnahme nicht erreicht werden.

Chemiker haben auf einen ärgerlichen Kompromiss zwischen „Leichtbau“ hingewiesen: Während leichtere Fahrzeuge weniger Emissionen auf der Straße verursachen, erfordert die Herstellung dieser leichteren Materialien in der Regel im Vorfeld mehr Energie als das zu ersetzende Material.

China nutzt das Pidgeon-Verfahren, eine arbeitsintensive Methode zur Gewinnung von Magnesium durch Verhüttung, bei der Kohlendioxid freigesetzt wird, und ist in der Regel stark auf Kohle angewiesen. Obwohl die Elektrolyse ebenfalls energieintensiv ist, ist sie auf Strom angewiesen und könnte möglicherweise durch erneuerbare Energien betrieben werden.

ZWEI EXPATS DER ANGLOSPHERE-BERGBAUKOLONIE haben sich jetzt auf Magrathea zusammengetan. Vor der Gründung des Unternehmens gründete der ursprünglich aus Kanada stammende Grant Lilac Solutions, ein Unternehmen, das ähnliche Technologien für die Lithiumgewinnung entwickelt. Er arbeitet mit Jacob Brown zusammen, einem Australier, der als Ingenieur bei Tesla einen Batteriekathodenpiloten gebaut hat.

Ihre Idee ist, Wind-, Sonnen- und Erdwärme zur elektrochemischen Magnesiumproduktion zu nutzen. Der grundlegende Prozess zur Herstellung von elektrochemischem Magnesium erfordert Meerwasser oder andere Salzquellen, beispielsweise die bei der Herstellung von Speisesalz oder Kalidünger anfallenden Salzlaken.

Die Sole wird gereinigt und zu Magnesiumsalz eingedampft, das dann weiterverarbeitet wird, um sämtliches Wasser zu entfernen. (Diese Dehydrierungstechnologie ist ein Schlüsselprozess, den Magrathea zu verfeinern versucht.) Das Salz wird dann elektrolysiert – mit elektrischem Strom getrennt –, um Magnesiummetall zu erzeugen, das in Barren oder direkt in Maschinenkomponenten gegossen werden kann.

„Der Fokus liegt derzeit auf der Verdrängung extrem kohlenstoffintensiver chinesischer Zeitschriften von den westlichen Märkten“, sagte Grant. Magrathea konzentriert sich zunächst darauf, den bestehenden Magnesiummarkt zu erobern, da US-amerikanische Automobilhersteller und Aluminiumunternehmen versuchen, ihre Lieferketten ins Ausland zu dekarbonisieren. Darüber hinaus strebt das Unternehmen die Skalierung des Magnesiumdruckgusses an, um schwerere „Strukturmetalle“ wie Stahl und Aluminium zu ersetzen, die in Fahrzeugen verwendet werden.

Alex Grant

Magrathea nimmt seine Magnesiumgießerei im Pilotmaßstab in Betrieb und gießt einen acht Kilogramm schweren Magnesiumbarren im kommerziellen Maßstab.

Die globale Stahlindustrie ist etwa tausend Größenordnungen größer als die Magnesiumindustrie. Angesichts der enormen Menge an Anlagekapital in Stahl bleibt Magratheas Vorhaben, den Marktanteil von Stahl zu steigern, weit hergeholt.

Grant weist auf die Umstellung von Ford in den frühen 2000er-Jahren hin, mehr Aluminium in seinen Lastwagen zu verwenden, darunter auch im legendären F-150, dessen Erfolg damals als unwahrscheinlich angesehen wurde.

Elektrische Batterien haben das Gewicht von Fahrzeugen in die Höhe getrieben, und die Automobilhersteller erkennen nun die dringende Notwendigkeit, Gewicht zu verlieren. Ned Curic, Chief Technology Officer bei Stellantis, das Autos der Marken Jeep, Dodge und Chrysler herstellt, sagte kürzlich in einem Interview mit Automotive News Europe, dass die größte technische Herausforderung, vor der er steht, das Gewicht des Fahrzeugs sei.

Mehrere nachhaltige Investmentfonds, darunter VoLo Earth, haben Interesse an Magratheas Ansatz zur Sicherung von Metallen ohne Bergbau gezeigt. Magrathea wird auch von Exor Ventures unterstützt, dem Investmentzweig der italienischen Familie Agnelli, die 14 Prozent von Stellantis und 24 Prozent von Ferrari besitzt. Grant bezeichnet dies als Zeichen des „strategischen Interesses“ der Automobilindustrie an Magnesium.

Ein weiterer Investor ist Kunal Sinha, globaler Leiter Recycling beim Rohstoffhändler Glencore.

Bisher habe Magrathea nur „ein paar Kilo“ Magnesium hergestellt, sagte Grant. Das Unternehmen baut in Oakland ein Pilotprojekt mit einer Kapazität zur Herstellung von zwei Tonnen Metall pro Jahr. Ziel sei es, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung von wasserfreiem Magnesiumchlorid zu demonstrieren, sagte er.

Auf die Frage, ob das Unternehmen beabsichtige, seine Technologie zu lizenzieren oder sie direkt weiter zu betreiben, sagte Grant, der Plan sei „im Großen und Ganzen“ auf „Build-Own-Operate“ ausgerichtet, „aber es gibt viele Nuancen.“ Er sagte beispielsweise, Magrathea wolle Anteile an Vermögenswerten verkaufen, und Partner könnten „Teile“ des Unternehmens betreiben.

Aber Grant betonte, wie wichtig es sei, die Technologie zumindest so lange zu besitzen, bis sie kommerziell genutzt werden könne.

„Wir werden Hütten bauen und Metall verkaufen“, sagte er. „In jeder Phase der Skalierung stößt man auf technische Herausforderungen, die man löst, und wir wollen die Menschen sein, die diese technischen Herausforderungen lösen.“

Lee Harris ist Mitarbeiter bei The American Prospect. Im Jahr 2020 war sie Mitbegründerin von New York Focus, einer investigativen Nachrichtenseite zur New Yorker Politik. Zuvor war sie Herausgeberin der unabhängigen Zeitung an der University of Chicago.

6. Oktober 2023

5:30 AM MORGEN

TAP ist auf Ihre Unterstützung angewiesen

Wir haben es schon einmal gesagt: Die größte Bedrohung für die Demokratie durch die Medien ist nicht die Desinformation, sondern die Paywall. Wenn Sie „The American Prospect“ unterstützen, unterstützen Sie Mitleser, die nicht in der Lage sind, Informationen zu geben, und wirken dem Klassensystem entgegen. Werden Sie noch heute Mitglied oder spenden Sie einmalig. Danke schön!