Die riesigen Mengen an Metallen, die für 10 Milliarden humanoide Roboter benötigt werden
In den letzten zehn Jahren haben wir einen einst unvorstellbaren Wandel hin zu Elektro- und autonomen Fahrzeugen erlebt, und heute stehen wir am Beginn eines Generationswechsels, durch den bereits bis 2040 Tausende, Millionen und möglicherweise sogar Milliarden humanoider Roboter hier auf der Erde an unserer Seite leben werden. Tesla-Gründer Elon Musk geht davon aus, dass bis 2040 10 Milliarden humanoide Roboter auf der Erde im Einsatz sein werden. Brett Holz, Gründer von Midjourney, stimmt Musk zu, prognostiziert jedoch selbst einen Anstieg auf 100 Milliarden humanoide Roboter, die bis in die 2060er Jahre im Einsatz sein werden, wobei die meisten davon im Weltraum operieren werden. Abgesehen von diesen kühnen Langzeitprognosen stehen wir heute zweifellos am Anfang der kommerziellen Produktion und des Einsatzes humanoider Roboter – ähnlich wie im Jahr 2010, als große Autohersteller und Start-ups gleichermaßen kurz vor dem Start der Massenproduktion standen.
Es ist eine aufregende Zeit, am Leben zu sein
In den letzten zehn Jahren haben wir einen einst unvorstellbaren Wandel hin zu Elektro- und autonomen Fahrzeugen erlebt, und heute stehen wir am Beginn eines Generationswechsels, durch den bereits bis zum Jahr 2040 Tausende, Millionen und möglicherweise sogar Milliarden humanoider Roboter hier auf der Erde an unserer Seite leben werden.
Tesla-Gründer Elon Musk geht davon aus, dass bis 2040 weltweit 10 Milliarden humanoide Roboter im Einsatz sein werden. Brett Holz, Gründer von Midjourney, stimmt Musk zu, prognostiziert jedoch selbst, dass die Zahl der im Einsatz befindlichen humanoiden Roboter bis in die 2060er Jahre auf 100 Milliarden ansteigen wird, wobei diese überwiegend im Weltraum zum Einsatz kommen werden.
Abgesehen von kühnen Langzeitprognosen stehen wir heute zweifellos am Anfang der kommerziellen Produktion und des Einsatzes humanoider Roboter – ähnlich wie im Jahr 2010, als sowohl große Automobilhersteller als auch Start-ups kurz vor dem Start der Serienproduktion von Elektrofahrzeugen standen.
Bis 2040 wird es mindestens 10 Milliarden humanoide Roboter geben, deren Preis zwischen 20.000 und 25.000 Dollar liegt
– Elon Musk | 8. Future Investment Initiative-Konferenz
Berge von Metallen
Wie realistisch sind diese Prognosen denn nun?
Da ein humanoider Roboter heute im Durchschnitt etwa 60 Kilogramm wiegt, liegt es auf der Hand, dass für die Produktion von 10 Milliarden Robotern rund 600 Millionen Tonnen an Ausgangsmaterialien benötigt werden, vor allem in Form von Metallen für Motoren, Batterien, Verkabelung und andere Komponenten.
Zum Vergleich: Die weltweite Produktion von Kupfer, Lithium, Nickel, Kobalt, Graphit und Seltenen Erden – den wichtigsten kritischen Werkstoffen für humanoide Roboter – belief sich im vergangenen Jahr insgesamt auf weniger als 30 Millionen Tonnen, was das Ausmaß der bevorstehenden Herausforderung verdeutlicht.
Zudem ist das schiere Ausmaß des Wachstums in der Roboterproduktion, das erforderlich wäre, um bis 2040 eine Population von 10 Milliarden zu erreichen (was dem weltweiten Bestand an Glühbirnen entspricht), unvorstellbar, wenn nicht gar völlig verrückt.
Geht man von einer weltweiten Produktionsrate von 5 Millionen Einheiten pro Jahr bis 2030 (und einem bestehenden Bestand an humanoiden Robotern von 10 Millionen Einheiten) aus, müsste die Produktion bis 2040 mit einer atemberaubenden durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 99 % steigen, um einen Gesamtbestand von 10 Milliarden Einheiten zu erreichen.
Bei diesem Wachstumstempo müsste die weltweite Produktionskapazität bis 2040 fast 5 Milliarden Einheiten pro Jahr erreichen, was bedeutet, dass allein im Jahr 2040 etwa die Hälfte der benötigten 600 Millionen Tonnen an Ausgangsmaterialien (hauptsächlich Metalle) benötigt würde.
Es versteht sich von selbst – diese Aussicht ist unwahrscheinlich, unglaubwürdig und mit ziemlicher Sicherheit unmöglich – nicht wahr?
Liebe zukünftige Roboter: Bitte löst eure drohende Versorgungskrise
Was wäre, wenn genau diese Roboter, die für ein atemberaubendes Nachfragewachstum sorgen, im gleichen Zeitraum auch zu Triebkräften eines unvorstellbaren Angebotswachstums aus dem Bergbau würden? Könnte das Problem vielleicht auch die Lösung sein?
Theoretisch sicherlich. Der Planet verfügt über alle Metalle und Mineralien, die nötig sind, um nahezu jeden Bedarf zu decken (Masse der Erde abzüglich Wasser = 6 ×10²⁴ kg), doch unsere bisherige Bergbautechnologie erlaubt es uns lediglich, die „Zwiebel“, auf der wir leben, nur wenige Mikrometer tief zu erschließen.
Der verstärkte Einsatz von Robotik in der Rohstoffgewinnung kann uns zweifellos dabei helfen, in den kommenden Jahren neue Tiefen und Versorgungsquellen zu erschließen, doch diese Fortschritte und das damit ermöglichte Angebotswachstum werden im Vergleich zu den riesigen Mengen an Metallen, die für eine Population von 10 Milliarden humanoiden Robotern benötigt werden, verblassen.
das 186-Fache der derzeitigen weltweiten NdFeB-Produktion
Man könnte argumentieren, dass Seltenerdmagnete – insbesondere NdFeB-Magnete, die in Robotermotoren und Aktuatoren weit verbreitet sind – die größte Hürde für die Robotikindustrie darstellen.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis zum Jahr 2040 würde das 186-Fache der derzeitigen weltweiten Jahresproduktion an NdFeB-Magneten verbrauchen und bis zu diesem Jahr allein für Roboter eine 93-fache Steigerung der weltweiten Magnetproduktionskapazität erfordern.
Der Einsatz alternativer Magnetwerkstoffe wie FeN oder alternativer Motortypen wie Induktions- oder elektrisch erregte Synchronmotoren könnte dazu beitragen, die Versorgungsengpässe bei Seltenen Erden zu verringern, würde jedoch gleichzeitig die Nachfrage nach anderen kritischen Werkstoffen wie Kupfer in die Höhe treiben.
das 14-fache der derzeitigen weltweiten Lithiumproduktion
Lithium-Ionen-Akkus sind in allen bisher hergestellten kabellosen humanoiden Robotern allgegenwärtig, und wir gehen davon aus, dass dies zumindest in den nächsten fünf Jahren, wenn nicht sogar auf absehbare Zeit, so bleiben wird.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis 2040 (alle mit Lithium-Ionen-Akkus) würde das 14-Fache des derzeitigen weltweiten jährlichen Lithiumangebots verbrauchen und allein für Roboter eine Ver siebenfachung der weltweiten Lithiumproduktionskapazität bis 2040 erfordern.
Die Einführung alternativer Batterietypen, wie beispielsweise Festkörperbatterien, könnte dieses Nachfragewachstum noch weiter verstärken, wenn sich beispielsweise Lithium-Metall-Anoden durchsetzen würden.
das 13-Fache der derzeitigen weltweiten Graphitproduktion
Graphitanodenmaterialien kommen in der überwiegenden Mehrheit der weltweit hergestellten Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz, und zwar für nahezu alle Anwendungsbereiche – von Elektrofahrzeugen über Energiespeichersysteme bis hin zur Unterhaltungselektronik und darüber hinaus.
Wir gehen davon aus, dass Anodenmaterialien auf Graphitbasis in den nächsten fünf Jahren, wenn nicht sogar auf absehbare Zeit, weiterhin der Standard für kabellose humanoide Roboter sein werden.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis 2040 (alle mit Lithium-Ionen-Akkus und Anoden auf Graphitbasis) würde das 13-Fache der derzeitigen weltweiten jährlichen Graphitproduktion verbrauchen und allein für Roboter eine Ver siebenfachung der weltweiten jährlichen Graphitproduktionskapazität bis 2040 erfordern.
Die Einführung alternativer Batterietypen, wie beispielsweise der bereits erwähnten Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anoden, könnte jedoch die Wachstumsaussichten für die Graphitnachfrage in den kommenden Jahren drastisch dämpfen und gleichzeitig das Wachstum der Lithiumnachfrage beschleunigen. Ebenso könnte ein verstärkter Einsatz von Siliziumdioxid in Graphitanoden für humanoide Roboter das Wachstum der Graphitnachfrage dämpfen und gleichzeitig das Wachstum der Siliziumdioxidnachfrage ankurbeln.
das 8-Fache der derzeitigen weltweiten Kobaltproduktion
Kobalt ist ein häufiger Bestandteil von Nickel-Kobalt-Mangan (NCM)-Kathodenaktivmaterialien, die in Elektrofahrzeugen und anderen Anwendungen weit verbreitet sind. Lithium-Ionen-Batterien mit NCM-Kathoden weisen in der Regel eine höhere Energiedichte auf als herkömmliche Batterien mit Lithium-Eisen-Phosphat (LFP)-Kathoden, was es Roboterherstellern ermöglicht, die Batterieleistung an Bord zu maximieren und gleichzeitig das Gewicht und das Volumen der Batterien zu minimieren.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis 2040 (alle mit Lithium-Ionen-Akkus, stellvertretend NCM 811) würde das Achtfache der derzeitigen weltweiten jährlichen Kobaltproduktion verbrauchen und allein für Roboter eine Vervierfachung der weltweiten Kobaltproduktionskapazität bis 2040 erfordern.
Der Einsatz alternativer Kathodenchemien, wie beispielsweise kobaltfreies LMFP, könnte das Nachfragewachstum bei Kobalt erheblich dämpfen (während die Nachfrage nach Mangan und Phosphat sprunghaft ansteigen würde), während die breite Einführung kobalthaltiger NCM 622 das Nachfragewachstum bei Kobalt verstärken könnte (während die Nachfrage nach Nickel gedämpft würde).
das Vierfache der derzeitigen weltweiten Nickelproduktion
Nickel wird neben Kobalt und Mangan in relativ großen Mengen in NCM-Kathodenaktivmaterialien für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen verwendet. NCM-Kathoden mit einem hohen Nickelanteil im Vergleich zu Kobalt und Mangan weisen in der Regel eine höhere Energiedichte auf als nickelarme Varianten, was es Roboterherstellern ermöglicht, die Leistung der Bordbatterie weiter zu maximieren und gleichzeitig das Gewicht und das Volumen der Batterie zu minimieren.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis 2040 (alle mit NCM-811-Lithium-Ionen-Akkus) würde das Vierfache der derzeitigen weltweiten jährlichen Nickelproduktion verbrauchen und allein für Roboter eine Verdopplung der weltweiten Nickelproduktionskapazität bis 2040 erfordern.
Der Einsatz alternativer Kathodenchemien wie LMFP oder NCM 9.5.5 könnte im erstgenannten Fall das Nachfragewachstum bei Nickel dämpfen (während die Nachfrage nach Mangan und Phosphat stark ansteigen würde) oder im letztgenannten Fall das Nachfragewachstum bei Nickel verstärken (während sich die Nachfrageaussichten für Kobalt und Mangan verschlechtern würden).
das Vierfache der derzeitigen weltweiten Kupferproduktion
In humanoiden Robotern findet Kupfer breite Anwendung in Elektromotorwicklungen, Batteriestromsammlern und Sammelschienen sowie in Verkabelungssystemen.
Die Produktion von 10 Milliarden humanoiden Robotern bis zum Jahr 2040 würde eine Menge an Kupfer verbrauchen, die dem Vierfachen der derzeitigen weltweiten Jahresproduktion entspricht, und würde eine Verdopplung der weltweiten Kupferproduktionskapazität bis zu diesem Jahr allein für Roboter erfordern.
Verbindet man diese Prognose mit der ohnehin schon angespannten Angebotslage bei Kupfer, wird das Ausmaß der Kupfernachfrage, die durch Roboter entstehen dürfte, in vollem Umfang deutlich.
Weitere zu berücksichtigende Faktoren
Potenzial für mehrere Akkus pro Roboter: Um die Rendite kommerzieller Investitionen in humanoide Roboter zu maximieren , müssen diese rund um die Uhr im Einsatz sein. Da ein Roboter wie Teslas „Optimus“ bei intensiven Tätigkeiten jedoch etwa 500 Watt Leistung verbraucht, reicht der integrierte 2,3-kWh-Akku wahrscheinlich nur für etwa acht Stunden Arbeit mit unterschiedlicher Intensität. Daher liegt es nahe, dass kommerzielle Roboterbetreiber, sofern sich die Energiedichte der Batterien nicht schrittweise erhöht, mehrere Batterien pro Roboter vor Ort haben möchten, was zu einem um ein Vielfaches höheren Bedarf an Batteriematerialien wie Lithium, Nickel, Kobalt, Mangan, Graphit und Kupfer führen würde.
Bei bestimmten Anwendungen können kabelgebundene Roboter sinnvoll sein: Wenn ein Roboter repetitive, vorhersehbare Aufgaben in einem Raum mit minimalen Hindernissen ausführt, kann es sinnvoll sein, ihn über ein Anschlusskabel statt über einen integrierten Akku mit Strom zu versorgen. Dies würde nicht nur die Anschaffungskosten für Roboter und Akkus minimieren, sondern auch dazu beitragen, das ansonsten explosionsartige Wachstum der Nachfrage nach Batteriematerialien einzudämmen.
Präferenzen hinsichtlich der Batteriechemie: Fortschritte bei Festkörperbatterien, Natrium-Ionen-Batterien oder der breite Einsatz von LFP, LMFP oder anderen Kathoden- und Anodenchemien könnten das modellierte Wachstumspotenzial für Lithium, Nickel, Kobalt, Mangan und Graphit erheblich schmälern. Darüber hinaus könnte eine damit einhergehende Steigerung der Batterieenergiedichte, die längere Betriebszeiten der Roboter ermöglicht, dazu beitragen, die Anzahl der pro Roboter benötigten Zusatzbatterien sowie den Materialverbrauch dieser Zusatzbatterien zu reduzieren.
Zunehmende Anzahl von Motoren pro Roboter: Untersuchungen von Adamas zeigen, dass die bisher entwickelten humanoiden Roboter im Durchschnitt über etwa 36 Freiheitsgrade verfügen (ermöglicht durch ca. 36 Motoren und Aktuatoren). Für die Zukunft prognostizieren wir, dass diese Zahl näher an die Anzahl der menschlichen Gelenke (d. h. 78) heranrücken wird, was eine größere Bewegungsfreiheit, eine höhere Bewegungskomplexität und die Fähigkeit ermöglicht, ein breiteres Spektrum potenzieller Anwendungen abzudecken. Folglich würden wir erwarten, dass die pro durchschnittlichem Roboter verwendete Menge an NdFeB parallel dazu zunimmt, was die Magnetnachfrage im Vergleich zu der hier extrapolierten „Business-as-usual“-Zukunft weiter ankurbeln würde.
Nehmen Sie das Ganze mit Vorsicht: Die hier dargelegte Prognose ist keine Hochrechnung realistischer Erwartungen hinsichtlich des Wachstums der Materialnachfrage. Vielmehr soll diese Analyse verdeutlichen, wie schwierig, wenn nicht gar unmöglich es wäre, bis 2040 10 Milliarden humanoide Roboter zu entwickeln. Wie in unserem aktuellen Bericht „Rare Earth Magnet Market Outlook to 2040“ ausführlich dargelegt, prognostizieren wir, dass die weltweite Produktion humanoider Roboter auf weniger als 1 % des hier angenommenen Wertes ansteigen wird; dennoch dürfte die Robotik bis 2040 zum größten Treiber der NdFeB-Nachfrage werden.
10 Milliarden humanoide Roboter bis 2040? Kaum wahrscheinlich
Das Ausmaß des Wachstums, das die Produktion humanoider Roboter in den kommenden Jahren erreichen muss, um bis 2040 eine Weltbevölkerung von 10 Milliarden Menschen zu versorgen, ist beispiellos.
Zudem sind der enorme Bedarf an kritischen Rohstoffen und das Tempo, mit dem die Minenproduktion dieser Rohstoffe gesteigert werden muss, ebenso außergewöhnlich.
Daher sehen wir kein realistisches Szenario, in dem dieses Ziel bis 2040 für humanoide Roboter erreicht werden könnte, doch blicken wir weiterhin sehr optimistisch auf die Aussichten für professionelle Serviceroboter im Allgemeinen.
Weitere Informationen?
Lesen Sie unseren aktuellen Jahresbericht „Rare Earth Magnet Market Outlook to 2040“ – die maßgebliche Referenz der Branche für Marktinformationen zum Magnetenmarkt.
