Metalle für das Energiesystem der Zukunft

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1 Metalle für das Energiesystem der Zukunft Workshop C: Stoffkreisläufe für die Energiewende: Recycling von mineralischen Rohstoffen Metalle für das Energiesystem der Zukunft Agendakongress des Forschungsforums Energiewende 14. Oktober 2014, Berlin Volker Steinbach Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

2 Markteinführung von technischen Geräten Quelle: Market penetration times on the US market (Berner 2000)

3 Indikatoren für Versorgungs- und Lieferrisiken Geostrategische Risiken: Marktzugang und Länderrisiko Angebotskonzentration Umwelt und Sozialaspekte Geologische Verfügbarkeit: Reichweite der Vorräte Explorationsaktivitäten Marktmacht: Länderkonzentration Firmenkonzentration des Angebots Technische Verfügbarkeit: Angebot/Nachfrage Kapazitätsauslastung Transport, Lagerbestände Produktionskosten Reaktionsvermögen der Nachfrage: Recycling, Substituierbarkeit, Materialeffizienz, eigene Rohstoffproduktion, Absicherungsstrategien Importabhängigkeit und Bedeutung der Rohstoffe für die Wertschöpfungskette

4 Globaler Rohstoffbedarf für Zukunftstechnologien 2006 und 2030 Verhältnis zur gesamten heutigen Weltproduktionsmenge des jeweiligen Rohstoffs Rohstoff 2006* 2030* Zukunftstechnologien (Treiber) Gallium 18% 397% Dünnschicht-Photovoltaik, IC, WLED Indium 40% 329% Displays, Dünnschicht-Photovoltaik Scandium gering 231% SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement Germanium 28% 220% Glasfaserkabel, IR optische Technologien Neodym 23% 166% Permanentmagnete, Lasertechnik Tantal 40% 102% Mikrokondensatoren, Medizintechnik Quelle: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung (2009) * Von BGR aufgrund neuerer Daten neu berechneter Wert Simon Kraus / fotolia.com panomacc / fotolia.com Michael Rosskothen / fotolia.com kirillkaverin/ fotolia.com

5 Nebenprodukte: Das Metallrad nach Reuter et al. und Verhoef et al. Hauptmetall Nebenprodukte Fe Al V Ca/Si Mg Sulfidische Erze Mn Mg Fe Al Cr Ti V Mn Mg Ni As Sn Mg Cu As Pb Co Fe Al Cu Ca/Si Cu PGM Ga Hg Ge In Cd Co Sb Ti Au As Bi Ca/Si Cr Zn Mn Pb Zn Fe Mn Ti V Al Zn Fe Cu Li Cr Ga Mg Ti Pb Ni Ag Ag Cu Ag Au Pb Zn Au Cu Mo Te B Cl Ni Br Mn Al Fe Sn V Al Fe Cr Nb Zr Mg Ta Mn Sn Zn W Ag In As Cu Sb Bi Pt Pb Nb Ir Se Ta Ru Mg Co Rh Sb Fe Pd Os Ru Pt Te Os Cr Rh Ni Hg As Se Ir As Co Bi Ca/Si Fe Sb Ca/Si Hg oxidische Erze Sulfidische + oxidische Erze

6 Der Big Hill von Lubumbashi, DR Kongo: eine mögliche Germanium-Quelle STL Fabrik (seit 2000) Produktion: t Co, t Cu, t Zn Potenzial > t Ge = 20 Jahren der Weltproduktion!

7 Indium: Globaler Rohstoffbedarf für Zukunftstechnologien im Jahr 2030 im Vergleich zur Produktionsmenge 2006 Indium in Sphalerit, ZnS 5.4% In Foto: DG-Solartechnik Displays, Dünnschicht-Photovoltaik Produktion 2006 : 581 t Bedarf 2030 : ca t ( t) Angebotsentwicklung bis 2030 Beiprodukt der Pb-/Zn-/Cu-/Sn-Gewinnung Sonstige Quellen / Maßnahmen: nicht genutzte Hüttenrückstände t; Steigerung des Ausbringungsgrads 500 t / Jahr Zuwachs >500 t / Jahr t / Jahr Situation kurz- und mittelfristig unbedenklich Deckung des künftigen Bedarfs abhängig von Investitionen in Beiproduktgewinnung und aus Hüttenrückständen

8 Potenzial der Indiumgewinnung aus der Zinkproduktion In ndium potenzial [t] Potenzial für die Primärgewinnung von Indium aus der Zinkraffinade, Ausbringen 50% Potenzial für die Primärgewinnung von Indium aus der Zinkraffinade, Ausbringen 35% Raffinadeproduktion Zink [Mio. t] ab 2011 geschätzt bei 3% jährlicher Produktionssteigerung Mögliches zukünftiges Potenzial Zink [Mio. t] durchschnittlicher Indiumgehalt im Zinkerz (7,5% Zn): 10 ppm Ausbringen: 35 % bzw. 50 % Raffinadeproduktion Zink : 12,9 Mio. t = Potenzial Indium t

9 Länderkonzentration der Produktion (2011) Die drei größten Bergbau- bzw. Produzentenländer von Lithium, SEE, Indium, Germanium, Gallium, Tellur 9,9 % 20,1 % 11,3 % 2,5 % 3,5 % 24,2 % 4,2 % 1,4 % 58,9 % 95,1 % 67,8 % 69,3 % 28 % 10,6 % 6,2 % 41 % 9 % 38 % Lithium (Weltbergwerksförderung: t), (Anteil der Top 3: 88 %, Übrige: 12 %) SEE (Weltbergwerksförderung: t), (Anteil der Top 3: 99,1 %, Übrige: 0,1 %) Indium (Raffinadeproduktion: 662 t), (Anteil der Top 3: 80.8 %, Übrige: 19,2 %) Germanium (Raffinadeproduktion: 118 t), (Anteil der Top 3: 74,6 %, Übrige: 25,4 % ) Gallium (Produktionskapazität: 404 t), (Anteil der Top 3: 85,4 %, Übrige: 14,6 %) Tellur (Raffinadeproduktion: 248,2 t), (Anteil der Top 3: 72,3 %, Übrige: 27,7 % ) Quellen: BGR 2013, USGS 2012

10 Quelle: Steinbach und Wellmer, 2011 Grenzen der Kreislaufwirtschaft

11 Recyclingraten End-of-Life recycling rates for metals in metallic applications WEEE: Recyclingraten Edelmetalle < 15% Source: UNEP (2011) Recycling Rates of Metals A Status Report, A Report of the Working Group on the Global Flows to the International Resource Panel- Graedel, T.E.: Alwood, J.; Birat, J.-P.; Buchert, M.; Hagelüken, C.; Reck, B.K.; Sibley, S.F.; Sonnemann, G.

12 Quelle: Steinbach und Wellmer, 2011 Rohstoffrecycling

13 Zusammenfassung Rohstoffmärkte sind global, sowohl bei primären als auch bei sekundären Rohstoffen spezifischer Rohstoff muss zunächst in ausreichender Menge aus der Geosphäre (Primärrohstoff) in die Technosphäre überführt werden Sekundärrohstoffe stehen erst nach der Lebensdauer des Produktes zur Verfügung Recycling muss energetisch, ökologisch und ökonomisch sinnvoll sein beim Recycling von Basismetallen ist Energiebilanz meist sehr positiv (AL, Cu, Stahl); bei Spurenmetallen derzeit meist negativ dissipativ verteilte Rohstoffe (z.b. in Legierungen, Plastik, Kosmetik, Medikamenten) können nicht recycelt werden erst mit Markteinführung neuer Technologien steht spezifischer Rohstoffbedarf fest; entsprechend zügig müssen Recyclingtechnologien bereitstehen Hightech-Metalle sind Koppelprodukte; dementsprechend ist ihre Produktion von der Primärproduktion der Basismetalle abhängig Betrachtung gesamter Wertschöpfungskette/Prozessschritte ist erforderlich Konsumverhalten (nicht Produkt sondern Dienstleistung/Funktion)