Erhöhung der Rohstoff- Versorgungssicherheit durch die Arbeiten in der Fördermaßnahme r 3

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1 Erhöhung der Rohstoff- Versorgungssicherheit durch die Arbeiten in der Fördermaßnahme r 3 Arbeitspapier im Rahmen des r 3 -Integrations- und Transferprojektes Luis TERCERO ESPINOZA Martin ERDMANN Michael SZURLIES Hildegard WILKEN Dezember 2015

2 2 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 033R070 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Kontakt Dr. Luis A. TERCERO ESPINOZA Leitung Geschäftsfeld Systemische Risiken Tel Competence Center Nachhaltigkeit und Infrastruktursysteme Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI Breslauer Str. 48, D Karlsruhe

3 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 3 Inhaltsverzeichnis 1 Hintergrund und Einleitung Metalle und Industrieminerale in r Allgemeine Versorgungslage der betrachteten Rohstoffe Aluminium Chrom Eisen Gallium Indium Kalziumfluorid (CaF 2 ) Kupfer Magnesium Mangan Nickel Seltene Erden Tellur Wolfram Zink Zinn Beitrag der Verbünde zur Erhöhung der Versorgungssicherheit Verortung der Verbünde Übersicht der Beiträge zur Erhöhung der Versorgungssicherheit Ergänzende, dynamisch-perspektivische Betrachtung für ausgewählte Rohstoffe Aluminium Indium Kupfer... 40

4 4 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 5 Literaturverzeichnis... 43

5 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 5 1 Hintergrund und Einleitung Eine verlässliche Rohstoffversorgung ist essenziell für eine funktionierende Wirtschaft. Aufgrund des hohen Anteils der Industrie an der Gesamtwertschöpfung und der hohen Importabhängigkeit bei vielen (insb. metallischen) Rohstoffen ist Deutschland an diesem Punkt besonders verletzlich. Folglich ist das Thema Rohstoffsicherheit, insbesondere die Versorgung mit strategischen Metallen und Minerale (z. B. Indium, Seltene Erden, Quarz, Graphit), in den letzten Jahren in den Vordergrund der öffentlichen Diskussion gerückt. Zwischenergebnisse dieser Diskussion sind auf europäischer Ebene u.a. die EU-Rohstoffinitiative (Kommission der Europäischen Gemeinschaften 2008) und die Liste kritischer Rohstoffe (Europäische Kommision 2011, 2014) sowie in Deutschland vor allem die Rohstoffstrategie der Bundesregierung (BMWi 2010) und die Gründung der Deutschen Rohstoffagentur (DERA 2012) und auf Rohstoffe spezialisierter Institute innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer ISC 2011) und der Helmholtz-Gemeinschaft (BMBF 2011). Die Rohstoffstrategien Deutschlands und der EU sind sehr ähnlich und verfolgen gleichzeitig mehrere Pfade: Sicherung der Rohstoffversorgung aus ausländischen Quellen, z. B. durch den Abbau von Handelshemmnissen oder durch Rohstoffpartnerschaften; Nutzung von heimischen Rohstoffquellen; Reduzierung der Abhängigkeit von Primärrohstoffen, z. B. durch Recycling und Materialeinsparung. Vor diesem Hintergrund zielt der Förderschwerpunkt r 3 (BMBF 2010a) in Konkretisierung der Hightech-Strategie der Bundesregierung (BMBF 2010b) auf eine Stärkung der Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft auf den nachhaltigkeitsrelevanten Feldern Recycling, Materialeinsparung, Substitution und Urban- Mining. Der Fokus des Förderschwerpunktes liegt hierbei auf wirtschaftsstrategischen Metallen und Minerale. Das BMBF erwartet von den durch die Fördermaßnahme angestoßenen Innovationen eine Erhöhung der Rohstoffversorgungssicherheit. Die systematische Erfassung und Bewertung der Beiträge der Verbünde zu diesem Hauptförderziel ist eine der Aufgaben des Integrations- und Transferprojektes INTRA r 3 + (Arbeitspaket Potenzialanalyse Erhöhung der Versorgungssicherheit ), wie in Abbildung 1 dargestellt.

6 6 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 1: Arbeitspakete im Schwerpunkt Potenzialanalyse des Integrationsund Transferprojektes INTRA r 3 +. Um den Beitrag der einzelnen Verbünde zur Erhöhung der Versorgungssicherheit und ihre erzielten und potenziellen Einsparungen an strategischen Metallen und Minerale angemessen zu würdigen, wurden folgende Arbeiten durchgeführt: 1. Betrachtung der Arbeiten der Verbünde im Kontext der relevanten Wertschöpfungsketten, in Relation zu den Verwendungsstrukturen, zur allgemeinen Angebotssituation und zu den Versorgungsrisiken der ausgewählten strategischen Metalle und Minerale. 2. Die Bereitstellung relevanter Informationen zu den in r 3 bearbeiteten Rohstoffen anhand kompakter Rohstoffprofile (siehe Tercero Espinoza et al sowie einzelne Profile unter 3. Die integrierte Betrachtung der Beiträge unterschiedlicher Verbünde mit Hilfe von dynamischen Stoffflussmodellen für ausgewählte Rohstoffe.

7 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 7 2 Metalle und Industrieminerale in r 3 Die Bekanntmachung für den Förderschwerpunkt r 3 (BMBF 2010a) bezieht sich auf das Konzept der wirtschaftsstrategischen Rohstoffe, später konkretisiert als (BMBF 2012, S. 3): Metalle und Minerale, die für unsere Zukunftstechnologien sicher verfügbar sein müssen und die eine große Hebelwirkung für die Wirtschaft haben ( wirtschaftsstrategische Rohstoffe ). Baurohstoffe oder marine mineralische Rohstoffe sind nicht Gegenstand des Programms. Massenmetalle werden nur angesprochen, wenn sie als Koppelprodukt bei der Gewinnung von Primär- und Sekundärrohstoffen entstehen oder wenn eine erhebliche Verbesserung der Rohstoffeffizienz zu erwarten ist. Dementsprechend ergeben sich für die in r 3 betrachteten Rohstoffe Ähnlichkeiten aber auch Unterschiede zu den Rohstoffen, die von der EU-Kommission (European Commission 2014b) bzw. von der DERA (2014) als kritisch eingestuft werden. Ein grafischer Vergleich dieser drei Listen (Rohstoffe in r 3, kritische Rohstoffe für die EU, DERA-Rohstoffliste) ist in Abbildung 2 gegeben. Abbildung 2: Im Förderschwerpunkt r 3 behandelte Rohstoffe (vgl. Broschüre und Poster bei der Auftaktveranstaltung) platziert auf die Kritikalitätsmatrix der EU (European Commission 2014b). Ergänzend dazu sind vier weitere von der DERA (2014) als kritisch eingestufte Rohstoffe gekennzeichnet. Aus den 20 Rohstoffen, die derzeit als kritisch für die EU eingestuft sind, wurden 14 Rohstoffe (aus insgesamt 36) in r 3 Verbundprojekten behandelt. Vier weitere Rohstoffe

8 8 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit werden von der Deutschen Rohstoffagentur (DERA 2014) außerdem als kritisch eingestuft und sind ebenfalls in r 3 vertreten. Andere in r 3 behandelte Rohstoffe sind entweder sehr werthaltig, haben eine Relevanz als sog. Konfliktrohstoff, sind wichtig für Zukunftstechnologien oder sind als Industriemetalle von grundlegender Bedeutung für die industrielle Produktion in Deutschland. Die Aussagen in diesem Bericht betreffen alle wirtschaftsstrategischen Rohstoffe zu denen quantitative Ergebnisse zu potenziellen Veränderungen in Stoffströmen vorliegen (bereitgestellt von den Verbünden). Nicht behandelt wurden Projekte, deren Zielsetzung und/oder Ergebnisse zu keiner bzw. keiner derzeit quantifizierbaren Änderung der Stoffströme führen. Insgesamt konnten 18 der 28 (ca. 65 %) Verbundvorhaben hinsichtlich ihres Beitrags zur Erhöhung der Versorgungssicherheit quantitativ bewertet werden. Die Erfassung der quantitativen Daten aus den Verbundprojekten erfolgte mittels eines standardisierten Excel -Tools zusammen mit den Arbeitspaketen zu Ökobilanzierung und gesamtwirtschaftlicher Bewertung. Abbildung 3 fasst zusammen, für welche Rohstoffe verwertbare quantitative Daten erfasst werden konnten, auch im Vergleich zu den Rohstoffen, die von den Verbünden ursprünglich als Zielrohstoffe angegeben wurden. Aus Abbildung 3 geht hervor, dass lediglich für 14 der anfänglich 36 als Zielrohstoff angegebenen Rohstoffe (vgl. Abbildung 2) verwertbare Daten vorliegen (der 15. Rohstoff in Abbildung 3 ist Mangan, das ursprünglich nicht zu den Zielrohstoffen gehörte). Diese Diskrepanz entsteht aus verschiedenen Gründen, die mehrheitlich mit dem Fokus auf quantifizierbare Veränderungen in Stoffströmen wirtschaftsstrategischer Rohstoffe in Verbindung stehen: Mehrere Verbünde hatten nicht das Ziel, Technologien zu liefern mit denen Stoffströme generiert bzw. signifikant verändert werden können. Bei einigen Verbünden ist das Potenzial zur künftigen Veränderung von Stoffströmen gegenwärtig noch nicht abschätzbar bzw. der Beitrag ist eine Potenzialabschätzung ähnlich dem Konzept der geologischen Reserven/Ressourcen. Es kommt vor, dass Verbünde, deren Ergebnisse sich als quantitative Veränderungen in Stoffströmen darstellen lassen, nicht für alle ursprünglich genannten Rohstoffe positive Ergebnisse erzielen konnten. Dies ist der Fall, wenn ein oder mehrere Zielrohstoffe nicht hinreichend abgetrennt werden konnten und damit (weiterhin) verloren gehen. Dementsprechend wurden von den Verbünden quantitative Ergebnisse generell für weniger als die ursprünglich angedachten Rohstoffe gemeldet. Bei Substitutionsprojekten entsteht ein quantifizierbarer Mehrbedarf an dem Substitutionsrohstoff dies wurde erfasst und berücksichtigt.

9 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 9 Abbildung 3: Vergleich der ursprünglich angegebenen Rohstoffe im Förderschwerpunkt r 3 (grau dargestellt sowie in der Liste oben rechts) mit den Rohstoffen, zu denen verwertbare Informationen (im Sinne der Analyse des Beitrags zur Erhöhung der Versorgungssicherheit, orange dargestellt) vorliegen. Für alle bewertbaren Rohstoffe in Abbildung 3 wurde eine Bewertung mit Hilfe der von den Verbünden zur Verfügung gestellten Daten, vor dem Hintergrund der in den Rohstoffprofilen (siehe Tercero Espinoza et al. 2015) dargestellten Trends sowie weiterer Daten/Informationen, vorgenommen. Darüber hinaus wurden für Kupfer, Aluminium und Indium (jeweils 4-5 quantitativ bewertbare Verbünde) dynamische Stoffflussmodelle erstellt bzw. in der Literatur verfügbare Modelle entsprechend abgewandelt und zur quantitativen Abschätzung der potenziellen Beiträge zur Versorgungssicherheit durch den breiten Einsatz der in r 3 entwickelten Technologien und Ansätze benutzt.

10 10 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 3 Allgemeine Versorgungslage der betrachteten Rohstoffe Aluminium Die Versorgungslage bei der Bergwerksförderung von Bauxit (einziges derzeit wirtschaftlich abbaubares Aluminiumerz) ist bei einer mäßigen Länder- und geringen Firmenkonzentration relativ unkritisch. Zudem ist die Regierungsführung vom Hauptproduzenten Australien über den WGI1 positiv bewertet, was das Lieferausfallrisiko senkt (Abbildung 4). Allerdings nimmt die Kritikalität von Aluminium mit zunehmender Wertschöpfung zu und gipfelt in einer hohen Länderkonzentration von weniger positiv eingestuften Ländern bei den Haupthandelsprodukten (DERA 2014). Abbildung 4: Produktion von Bauxit, Aluminiumoxid und Raffinade-Aluminium nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Da die Herstellung von Aluminium einen hohen Energiebedarf hat, sind Aluminiumhütten bevorzugt an Standorten mit Zugang zu relativ günstiger Stromversorgung ange- 1 Die Weltbank bewertet jährlich die Regierungsführung von über 200 Staaten in sechs Worldwide Governance Indicators (WGI) bei denen (1) Mitspracherecht und Rechenschaftspflicht, (2) politische Stabilität und Abwesenheit von Gewalt, (2) politische Stabilität und Abwesenheit von Gewalt, (3) Leistungsfähigkeit der Regierung, (4) Regulierungsqualität, (5) Rechtsstaatlichkeit und (6) Korruptionsbekämpfung gemessen werden. Der aggregierte WGI wird z.b. von der BGR/DERA zur Einschätzung des Länderrisikos herangezogen.

11 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 11 siedelt, wie z.b. durch Wasserkraftwerke in Kanada, Norwegen und Island oder durch Reichtum an fossilen Energieträgern wie in der Russischen Föderation, in den Vereinigten Arabischen Emiraten und seit ein paar Jahren auch in Katar. Die vier großen Primärhütten in Deutschland produzieren zusammen rund t Aluminium (1% der Weltproduktion, Platz 15), die deutsche Produktion von Sekundäraluminium liegt mit knapp t sogar noch über diesem Wert (BGR 2014). Die deutsche Nachfrage nach Aluminium an der Primärproduktion ist mit ca. 2 Mio. t (knapp 5 % des weltweiten Raffinadeverbrauchs) und Platz drei hinter China und den USA relativ groß, wobei ca. 25 % des Verbrauchs durch in Deutschland produziertes Aluminium gedeckt wird. Der hierfür benötigte Bauxit wird zu 85 % aus Guinea, dem weltweit fünftgrößten Produzenten, importiert (BGR 2014) Chrom Die Bergwerksförderung von Chromit wird von Südafrika und Kasachstan dominiert, die zudem 95 % der weltweiten Ressourcen auf sich vereinen. Die Regierungsführung dieser und weiterer führender produzierender Länder, sowohl in der Bergwerksförderung von Chromit als auch in der Hüttenproduktion von Ferrochrom, wo China vor Südafrika und Kasachstan dominiert (Abbildung 5), ist von der Weltbank über den WGI als leicht bis mäßig kritisch eingestuft. Dadurch ist Chrom nach der EU- Kritikalitätsmatrix 2014 als kritischer Rohstoff eingestuft (European Commission 2014). Im Jahr 2013 kamen 37,5 % der importierten Chromerze (von insgesamt knapp t) aus Südafrika (BGR 2014). Die Versorgungssicherheit kann durch eine nur mäßig starke Länderkonzentration sowie eine wenig (Chromit) bis mäßig (Ferrochrom) kritische Firmenkonzentration etwas gestärkt werden, da auch bei einem Lieferengpass einzelner Länder noch ein verhältnismäßig großer Produktionsanteil von anderen Ländern gedeckt werden kann. Allerdings ist die Länderkonzentration für viele mengenmäßig bedeutende Chrom-Handelsprodukte im kritischen Bereich (DERA 2014). Der deutsche Import von Ferrosiliziumchrom erfolgt derzeit fast ausschließlich aus Polen und Belgien.

12 12 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 5: Produktion von Chromit und Ferrochrom nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Im größten Produktionsland Südafrika wird Chromiterz z.b. im Bushveld Komplex zusammen mit werthaltigen Platingruppenmetallen abgebaut. Da diese deutlich werthaltiger als die Chromiterze sind, ist die Platinmetallgewinnung hauptverantwortlich für die Wirtschaftlichkeit des dortigen Bergbaus. So kann auf Änderungen in der Nachfrage von Chrom nur sehr begrenzt reagiert werden und es kann zu Lieferengpässen und Preisschwankungen kommen. Auch die Verfügbarkeit von Chrom-haltigen Edelstahlschrotten ist durch die ansteigende Nachfrage sowie durch Exporte die die EU verlassen eingeschränkt Eisen Eisenerze sowie Roheisen und Rohstahl sind mit jeweils deutlich über 1 Mrd. t Jahresproduktion die für die Wirtschaft mengenmäßig bedeutendste Rohstoffe. Über 50 % der von Deutschland importierten Eisenerze (ca. 40 Mio. t im Jahr 2013) kommen aus Brasilien, dem weltweit drittgrößten Produzenten (BGR 2014). Insgesamt ist die Länderkonzentration bei der Bergwerksförderung nur mäßig, die Firmenkonzentration sogar gering. In den höheren Wertschöpfungsstufen der Produktion nimmt die Dominanz Chinas und somit die Länderkonzentration allerdings zu (Abbildung 6). Diese wird bei den Handelsprodukten durch die Dominanz verschiedener Länder mit mäßig kritischem WGI noch erhöht (DERA 2014). Dennoch ist das Versorgungsrisiko durch eine Vielzahl an produzierenden Ländern als überschaubar einzustufen.

13 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 13 Der deutsche Rohstahlverbrauch von ca. 41,5 Mio. t im Jahr 2013 kann von der heimischen Rohstahlproduktion (42,6 Mio. t im Jahr 2013) gedeckt werden, so dass in dieser Wertschöpfungsstufe eine theoretische Versorgungssicherheit gewährleistet ist. Bei der Produktion wurden 2013 ca. 45 % (19,4 Mio. t) Sekundärmaterialien verwendet (BGR 2014). Abbildung 6: Die drei Wertschöpfungsstufen in der Produktion von Eisen nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI (Daten aus BGR 2015) Gallium Das Hochtechnologiemetall Gallium ist hauptsächlich als Halbleiter für integrierte Schaltungen sowie für LEDs wirtschaftsstrategisch bedeutend. Seit 2010 nimmt die Länderkonzentration bei der Raffinadekapazität durch die Dominanz Chinas stark zu (Abbildung 7). Auch wenn Deutschland nach wie vor an weltweit zweiter Stelle bei der Raffinadekapazität liegt, nahm der prozentuale Anteil von durchschnittlich 18 % zwischen 2000 und 2009 auf knapp 7 % im Jahre 2013 ab. Da Chinas Anteil im selben Jahr auf fast 80 % anstieg, wird Gallium nach der Kritikalitätsmatrix der EU als kritischer Rohstoff eingestuft (European Commission 2014). Gallium wird ausschließlich als Nebenprodukt gewonnen, überwiegend aus dem Aluminiumerz Bauxit und in geringem Maße beim Zinkabbau (Nasser et al. 2015). Ebenso ist es in verschiedenen Kohlearten enthalten, wo eine Gewinnung aus der Flugasche nach der Kohleverbrennung denkbar, zurzeit aber nicht wirtschaftlich ist. So kann nur begrenzt auf eine veränderte Gallium-Nachfrage reagiert werden, was die Preisvolatilität erhöht. Wenn Gallium bei der Aluminiumgewinnung aus Bauxit aus wirtschaftlichen

14 14 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit oder technischen Gründen nicht als Nebenprodukt gewonnen wird, landet es in Rotschlammdeponien. Nach Einschätzung der Indium Corporation (2010) wird nur von rund 10 % der Aluminiumproduzenten Gallium extrahiert. So sind auch Rotschlammdeponien als potenzielle Lagerstätten von Gallium zu betrachten. Abbildung 7: Raffinadekapazität von Gallium nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI (Daten aus BGR 2015) Indium Indium wird nach der Kritikalitätsmatrix der EU als kritischer Rohstoff eingestuft (European Commission 2014a, 2014b), was hauptsächlich durch die Dominanz Chinas bei der Raffinadeproduktion als auch durch die Gewinnung ausschließlich als Nebenprodukt begründet ist. Nichtsdestotrotz nimmt die Länderkonzentration in den letzten Jahren etwas ab und durch die gesteigerte Raffinadeproduktion in Ländern mit einer positiv bewerteten Regierungsführung kann die Versorgungssicherheit etwas erhöht werden (Abbildung 8). In Deutschland wurden im Jahr t Indium produziert, was gut 1 % der weltweiten Raffinadeproduktion entspricht.

15 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 15 Abbildung 8: Raffinadeproduktion von Indium nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI (Daten aus BGR 2015). Die wirtschaftlich bedeutendste Quelle von Indium ist das Zinkmineral Sphalerit. Hier wird es aus Flugstäuben, die beim Rösten entstehen sowie aus Schlackenrückständen der Elektrolyse gewonnen. Des Weiteren kommt es, in abnehmender Bedeutung, in Zinn-, Kupfer-, Blei- und Eisenerzen vor (Nassar et al. 2015). Durch diese Abhängigkeit von der Produktion anderer Metalle kann nur begrenzt auf eine veränderte Indium- Nachfrage reagiert werden, was die Preisvolatilität erhöht. Bedingt durch niedrige Preise Anfang der 1990er Jahre wurde Indium nur sehr begrenzt gewonnen. Dadurch kam es um 1995 zu Versorgungsengpässen und einem damit verbunden Preispeak (Abbildung 9). Ähnlich verhielt es sich zwischen 2003 und 2005 als zu einem Preisanstieg um das 10fache bedingt durch eine verstärkte Nachfrage nach Flachbildschirmen einhergehend mit der Schließung von Indium-Raffinerien kam (DERA 2013).

16 16 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 9: Preisentwicklung von Indium-Metall von Kalziumfluorid (CaF 2 ) Fluorit hat durch seine nicht zu ersetzenden hauptsächlichen Anwendungen in der Flusssäure- sowie Aluminiumherstellung eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Da die Länderkonzentration mit einer Bergwerksförderung von über 80 % in China und Mexiko sehr hoch ist (Abbildung 10), wird das Versorgungsrisiko nach der Kritikalitätsmatrix der EU als hoch eingestuft (European Commission 2014). China, Mexiko sowie der drittgrößte Produzent, die Mongolei, dominieren auch den Handel der Haupthandelsprodukte, so dass auch hier das Versorgungsrisiko als hoch einzustufen ist (DERA 2014). Bis auf die Gewinnung in der Grube Clara im Schwarzwald (ca t/a), ist Deutschland auf Importe von Fluorit angewiesen.

17 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 17 Abbildung 10: Bergwerksförderung von Fluorit nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI Kupfer Die Versorgungslage von Kupfer ist trotz einer stetig steigenden Nachfrage dank der Vielzahl produzierender Länder in den unterschiedlichen Wertschöpfungsstufen und somit einer geringen Länderkonzentration relativ gut (Abbildung 11). Deutschland bezieht rund 80 % der für die Raffination eingesetzten Kupferkonzentrate aus Südamerika (Brasilien, Peru, Chile und Argentinien; BGR 2014). Mit zusätzlichen Importen von Rohkupfer produzierte Deutschland im Jahr ,2 % des weltweit hergestellten Raffinadekupfers ( t, Platz 6). Darin eingeschlossen ist der Einsatz von 42 % Sekundärmaterial, das zum Teil importiert wird, aber auch von in Deutschland anfallenden Schrotten stammt. Die hohe Bedeutung von Kupferrecycling für die (deutsche) Industrie wird durch den Betrieb einer der größten Recyclinganlagen der Welt in Lünen (Aurubis AG) mit einer Kupferproduktion von rund t (BGR 2014) deutlich. Allerdings kommt es auch zu Wettbewerbsverzerrungen auf dem Schrottmarkt, beispielsweise durch von China und der Russischen Föderation erhobene Exportzölle.

18 18 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 11: Die drei Wertschöpfungsstufen in der Produktion von Kupfer nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Mit einem Raffinadeverbrauch von rund 1,14 Mio. t Kupfer im Jahr 2013 liegt Deutschland auf dem weltweit dritten Rang (~5,4 %) hinter China und den USA. Somit haben Preisschwankungen für die deutsche Industrie große Auswirkungen. Diese sind insbesondere in den letzten zehn Jahren zu beobachten, nachdem das Preisniveau in den 1990er Jahren konstant niedrig war (Abbildung 12). Getrieben durch den China- Faktor stiegen die Preise von 2003 bis 2008 um mehr als das Vierfache an. Nach einem kurzen Preiseinbruch durch die Finanzmarktkrise im Jahr 2008 stiegen die Preise in den darauf folgenden Jahren auf ein Allzeithoch von rund US$ Anfang Seit dem ist eine Entspannung auf dem Kupfermarkt zu beobachten, sowohl durch ein Abkühlen der Weltwirtschaft als auch durch ein deutlich erhöhtes Angebot mit neuen Bergbauprojekten, die bis 2017 eine zusätzliche Kupfermenge von knapp 10 Mio. t bereitstellen könnten (DERA 2013).

19 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 19 Abbildung 12: Preisentwicklung von Kupfer von (Daten aus BGR 2015) Magnesium Eine wichtige Quelle für das Leichtmetall Magnesium ist das Mineral Magnesit, welches wiederum, neben der Weiterverarbeitung zu Magnesium, zu einem großen Anteil zu Magnesia gebrannt und als Feuerfesterzeugnis verwendet wird. Seit 2010 hat die Dominanz Chinas beim Abbau von Magnesit dramatisch zugenommen (Abbildung 13). Abbildung 13: Produktion von Magnesit und Magnesium nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI.

20 20 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Aus Abbildung 13 wird zudem deutlich, dass die Produktion von Magnesium in fast allen Ländern seit 2000 rückläufig ist und die Dominanz Chinas und somit die Länderkonzentration, gemessen mit dem Herfindahl-Hirschmann-Index, stetig steigt. Dieses ist auch der Hauptgrund, warum Magnesium von der EU-Kommission als kritisch eingestuft wird (European Commission 2014b) mit einem annähernd so hohem Versorgungsrisiko wie die leichten Seltenen Erden (siehe Abbildung 2). Die Dominanz Chinas bei der Raffinadeproduktion von Magnesium spiegelt sich auch im Handel von Magnesium in Rohform wieder, bei dem China de facto eine Monopolstellung hat und über 90 % aller Importe in die EU von dort kommen (European Commission 2014a). Diese Vormachtstellung kann beim Handel von Magnesiumsulfat von Deutschland etwas aufgebrochen werden, das hier mit einem Nettoexportanteil von 28,5 % den zweiten Platz hinter China einnimmt (DERA 2014). Trotz oder gerade wegen der hohen Produktionszahlen von Magnesiumsulfat in Deutschland ist die Verletzlichkeit der Industrie bei Lieferausfällen/-engpässen der Vorprodukte, die komplett importiert werden müssen, sowie bei starken Preisschwankungen sehr hoch. Problematisch ist eine schlechte Versorgungslage z.b. auch für die Automobilindustrie, die, durch die Herstellung von gewichtssparenden Elementen mit einem hohen Magnesiumanteil in den Aluminiumlegierungen, stark von einer sicheren Magnesiumverfügbarkeit abhängig ist. Unabhängig von dem erhöhten Versorgungsrisiko sind die Realpreise im langjährigen Mittel trotz einzelner Peaks insgesamt rückläufig Mangan Mangan wird zu einem Großteil in Form von manganhaltigen Ferrolegierungen als Stahlveredler eingesetzt und ist in den meisten seiner daraus folgenden Anwendungen nicht substituierbar (Abbildung 14). Somit ist die Nachfrage nach Mangan direkt proportional zum Wachstum der Stahlindustrie, welches wiederum konjunkturabhängig ist, was die hohe wirtschaftliche Bedeutung von Mangan hervorhebt. Insbesondere eine steigende Nachfrage aus Ländern mit einem hohen Stahlverbrauch wie China kann den Manganpreis, wie z.b. in 2004 und 2008 geschehen, nach oben treiben. Die Bergwerksförderung von Manganerzen ist in Bezug auf die Firmen- sowie Länderkonzentration relativ unkritisch, mit Südafrika, Australien und China als größte Produzenten. Die Hüttenproduktion von Ferromangan wird deutlich von China vor Südafrika dominiert, ist mit einer mäßigen Länderkonzentration aber auch noch nicht bedenklich für die Versorgungssicherheit. Die Länderkonzentration bei den Handelsprodukten, insbesondere bei dem für die Stahlindustrie wichtigen Ferromangan, ist deutlich höher (HHI von ~4600 für Ferromangan mit einem Kohlenstoffgehalt 2%; DERA 2014). Fer-

21 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 21 romangan wird hauptsächlich von Südafrika exportiert. Südafrika ist, neben Indien und der Ukraine sowie den EU-Ländern Norwegen, Spanien und Frankreich, auch Hauptlieferant für Deutschland, das in 2013 rund t manganhaltige Ferrolegierungen eingeführt hat (BGR 2014). Bei den Exporten von reinem Metall, den daraus produzierten Waren sowie Abfällen und Schrott ist China mit über 85 % das dominierende Land (HHI ~7400; DERA 2014), was die Verfügbarkeit von manganhaltigem Schrott beeinflussen kann. Die Wiedergewinnung von Mangan erfolgt derzeit allerdings hauptsächlich direkt im Kreislauf der Stahlindustrie und ist davon somit nicht direkt betroffen (BGR 2014). Abbildung 14: Hauptanwendungen von Mangan und Einschätzung der gegenwärtigen Substitutionsmöglichkeiten nach European Commission (2014b) Nickel Nickel hat mit seiner hauptsächlichen Verwendung zur Herstellung von rostfreiem Stahl eine sehr hohe wirtschaftliche Bedeutung für Deutschland, das im Jahr 2013 mit 4,4 % des weltweiten Verbrauchs an Raffinadenickel den vierten Platz hinter China, den USA und Japan einnahm. Die allgemeine Versorgungslage mit einer Vielzahl an produzierenden Ländern in den ersten drei Wertschöpfungsstufen ist dabei positiv zu bewerten (Abbildung 15). Allerdings stammen, bis auf den Anteil sekundärer Vorstoffe aus dem Recycling, sämtliche Vorstoffe aus Importen. Deutschland bezieht dabei knapp 50 % des importierten Ferronickels aus der Ukraine (BGR 2014). Die DERA (2014) stuft darüber hinaus die Haupthandelsprodukte (Nickelerze und konzentrate sowie Ferronickel) aufgrund einer hohen Länderkonzentration als kritisch ein. Zudem ist die Verfügbarkeit von Edelstahlschrotten durch die stark ansteigende Nachfrage nach Sekundärmaterialien sowie Exporte aus der EU teils eingeschränkt.

22 22 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 15: Die drei Wertschöpfungsstufen in der Produktion von Nickel nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Die in Abbildung 15 auffällig geringe Hüttenproduktion im Vergleich zu der Bergwerksförderung und der Raffinadeproduktion ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass nur ca. 30 bis 40 % der Erze (z.b. Saproliterze) über die Hütte pyrometallurgisch behandelt werden, während Laterite (Limoniterze) z.t. direkt von der Förderung in die Raffinade gehen und dort hydrometallurgisch behandelt werden. Zudem ist die Lückenlose Dokumentation der Hüttenproduktion nicht immer gegeben Seltene Erden Die Seltenen Erden sind von der EU-Kommission als die Rohstoffe mit dem größten Versorgungsrisiko eingestuft worden (European Commission 2014a). Die Zusammenfassung der einzelnen Metalle, die sehr reaktiv sind und deswegen als Oxide gehandelt werden, beruht darauf, dass die Seltenerdoxide (SEO) aufgrund ihrer ähnlichen chemischen Eigenschaften nur zusammen gewonnen werden können. Die in Abbildung 2 sichtbare besondere Kritikalität der schweren Seltenen Erden erklärt sich, unabhängig von den geopolitischen Faktoren, dadurch, dass diese in den SEO-Lagerstätten meist weniger als 1 % aller Seltenen Erdelemente ausmachen. So ergeben sich aufgrund unterschiedlicher und schwankender Nachfrage starke Preisunterschiede bei den einzelnen SEO sowie hohe Preisvolatilitäten. Generell ist die Auftrennung der SEO in die einzelnen Elemente extrem aufwändig und teuer sowie, durch die verwendeten Chemikalien und die in den Erzen enthaltenen radioaktiven Stoffe, nicht selten mit negativen Umweltauswirkungen verbunden.

23 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 23 Abbildung 16: Veränderung der Länderkonzentration bei der Produktion von Seltenerdoxiden seit 1990 ausgedrückt durch den Herfindahl- Hirschmann-Index. Beim Abbau der SEO kommt es seit 1990 zu einer extremen Zunahme der Länderkonzentration, so dass China seit 2003 praktisch eine Monopolstellung einnimmt (Abbildung 16). Der langfristige Produktionszuwachs ist dabei moderat (60 % höher im Jahr 2013 im Vergleich zu 1990) und seit 2006 sogar leicht rückläufig. Um die Abhängigkeit von China etwas zu mindern, haben u.a. die USA und Australien (beide mit positiven WGI) die Produktion in den letzten Jahren wieder aufgenommen, wenn auch nur mit einem Anteil von 1 2 % an der Weltproduktion. Die Verwendungsstruktur der einzelnen Metalle ist sehr vielseitig und die chemischen Eigenschaften häufig nicht substituierbar (Abbildung 17). Mengenmäßig die größte Anwendung der Seltenen Erden finden Cer (z.b. zum Polieren), Lanthan (z.b. als Katalysator in der Petrochemie) und Neodym (z.b. für Magnete) (European Commission 2014b).

24 24 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 17: Hauptanwendungen von Selten Erden und Einschätzung der gegenwärtigen Substitutionsmöglichkeiten nach European Commission (2014b) Tellur Die Versorgungslage mit dem Halbmetall Tellur ist als unkritisch einzustufen. In vielen seiner Anwendungen (z.b. Photovoltaikzellen, Zusatzstoff in der Metallurgie) ist es relativ leicht zu ersetzen. Es fällt fast ausschließlich als Nebenprodukt von Kupfersulfiderzen an und wird aus dem Anodenschlamm der Kupfergewinnung extrahiert. Da die Primärproduktion von Kuper als unkritisch einzustufen ist, sind auf der Vorstufe zur Tellurgewinnung keine Engpässe zu erwarten (siehe Kapitel 3.1.7: Allgemeine Versorgungslage von Kupfer). Auch die Raffinadeproduktion von Tellur ist relativ gering konzentriert mit einer Vielzahl produzierender Länder, deren Regierungsführung über den WGI positiv bewertet ist (Abbildung 18). Neben den in der Abbildung dargestellten Ländern, hat auch Deutschland eine nicht unerhebliche Raffinadeproduktion von Tellur, deren Zahlen jedoch nicht offiziell gemeldet sind. Die EU-Kommission beziffert die Raffinadeproduktion in Deutschland mit Berufung auf eine Schätzung der International Copper Study Group auf 35 t in 2011, was einem Anteil von 8 % an der Weltproduktion entspräche.

25 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 25 Abbildung 18: Raffinadeproduktion von Tellur nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI (Daten aus BGR 2015) Wolfram Nach Einschätzung der EU ist Wolfram mit seinen nur schwer substituierbaren Anwendungen in (Super-)Legierungen der Stahlindustrie, z.b. zur Herstellung von Hartmetallen, das Metall mit der größten wirtschaftlichen Bedeutung (siehe Abbildung 2; European Commission 2014). Da die Versorgungssicherheit aufgrund einer traditionell hohen Länderkonzentration (Abbildung 19) mit einer großen Dominanz Chinas bei der Bergwerksförderung zudem als kritisch eingestuft wird, gilt Wolfram als kritischer Rohstoff für die EU. Darüber hinaus wird Wolfram nach dem Dodd-Frank-Act der USA als Konfliktrohstoff angesehen und bedarf ggf. einer Zertifizierung. Abbildung 19: Veränderung der Länderkonzentration bei der Primärproduktion von Wolframerzen seit 1990 ausgedrückt durch den Herfindahl- Hirschmann-Index (Daten aus BGR 2015).

26 26 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 20: Preisentwicklung von Ferro-Wolfram von Auch bei vielen Handelsprodukten wie Wolframerze und konzentrate, Wolframate sowie Wolframoxide gibt es eine hohe Länderkonzentration mit den dominierenden Nettoexporteuren aus China, der Russischen Föderation, Taiwan und Vietnam. Allerdings ist Deutschland mit einem Anteil von 3,8 % zweitgrößter Nettoexporteur von Wolframaten (DERA 2014). Die Abhängigkeit von Importen und somit das Versorgungsrisiko wird von dem hohen Recyclinganteil von knapp 50 % an dem Gesamtangebot (EoL-Recyclingrate 37%; UNEP 2011), etwas gesenkt. Die Rückgewinnung in Deutschland erfolgt hauptsächlich aus Karbidschrott und Altkatalysatoren (BGR 2014). Nach einem jahrelangen relativ stabilen Preisniveau kam es im Jahr 2005 zu einem starken Preisanstieg, der den Wolframpreis dauerhaft auf ein deutlich höheres Niveau gehoben hat (Abbildung 20). Im Jahr 2005 ist die weltweite Nachfrage bei einem unzureichenden Angebot aus China deutlich gestiegen, u.a. bedingt durch Reduzierung der chinesischen Exportvergünstigungen (DERA 2013) Zink Trotz des stetig steigenden Anteil Chinas an der Bergwerksförderung sowie der Raffinadeproduktion ist das Versorgungsrisiko mit dem wirtschaftlich sehr bedeutenden Industriemetall Zink dank einer Vielzahl weiterer produzierender Länder, deren Regierungsführung über den WGI der Weltbank darüber hinaus meist positiv bewertet ist, relativ gering (Abbildung 21).

27 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 27 Abbildung 21: Bergwerksförderung und Raffinadeproduktion von Zink nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Deutschland importiert den Großteil der benötigten Zinkkonzentrate aus Australien, Schweden und den USA (BGR 2014). Der größte Teil des in Deutschland verwendeten Zink wird für die Verzinkung von Stahl zum Korrosionsschutz eingesetzt (36 %; DERA 2015). Beim weltweiten Raffinadeverbrauch von Zink lag Deutschland im Jahr 2013 mit einem Gesamtverbrauch von t (3,7 % der Weltnachfrage) auf Rang 6 hinter China, den USA, Indien, der Republik Korea und Japan. Die deutsche Produktion lag im gleichen Jahr bei t und wurde zu 16 % aus sekundären Vorstoffen gedeckt (BGR 2014). So leistet Recycling einen wichtigen Beitrag für die Versorgungslage von Zink, die trotz der aktuell entspannten Situation in den kommenden Jahren durch aktuelle Bergwerksschließungen etwas kritischer werden könnte (DERA 2015). Langfristig sollten aber zurzeit angestoßene Bergbauprojekte die Zinknachfrage decken Zinn Zinn ist ein weiches, korrosionsbeständiges Metall mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt (232 C), was die Hauptanwendung als Lötzinn erklärt. Auch wenn Zinn nicht im Kritikalitätsbereich der EU für Rohstoffe mit hohem Versorgungsrisiko liegt (European Commission 2014) wird es von der DERA (2014) als kritisch eingestuft. Zinn wird nach einer Schätzung der Weltbank von 1987 (Weltbankbericht WTP Nr. 75) sowie einer Projektstudie der BGR (2007) zu rund 30 % im Kleinbergbau gewonnen. Das wichtigste Zinnmineral Kassiterit, was im Kleinbergbau den größten Anteil einnimmt, ist vom Dodd-Frank-Act der USA als Konfliktrohstoff eingestuft und das daraus gewonnene

28 28 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Zinn bedarf ggf. einer Zertifizierung. Die Länderkonzentration bei der Bergwerksförderung und der Raffinadeproduktion ist mäßig hoch und wird von China und Indonesien dominiert. Allerdings ist die Regierungsführung dieser sowie der meisten weiteren produzierenden Länder mittels des WGI mäßig bis sehr kritisch eingestuft (Abbildung 22). Abbildung 22: Bergwerksförderung und Raffinadeproduktion von Zinn nach Land mit jeweiligem aggregierten WGI. Da die Vorräte des zweit- und des viertgrößten Produzenten (Indonesien und Peru) bis 2018 stark zurückgehen werden, wird es vermutlich ein starkes Defizit auf dem Zinnmarkt ab diesem Zeitpunkt geben (DERA 2014b). Zudem werden der DERA-Studie zufolge bis 2020 nur wenige neue Zinnprojekte in Produktion gehen. Potenziell könnte das Defizit durch die noch nicht abschätzbare Produktion Myanmars abgedämpft werden (von 2012 auf 2013 mit einer Vervierfachung der Bergwerksförderung). Da Indonesien bislang der größte Nettoexporteur von Zinn in Rohform ist (Anteil > 60 %; DERA 2014), werden viele importabhängige Länder wie Deutschland Ausweichstrategien entwickeln müssen. Allerdings wird auch der Bedarf an Zinn durch die zunehmende Miniaturisierung von Elektrogeräten und somit einem geringeren Einsatz an Lötzinn nur begrenzt steigen. Deutschlang ist zurzeit weltweit viertgrößter Verbraucher von Raffinadezinn (~ t). Da in Deutschland kein Hüttenzinn mehr produziert wird, sind Importe, hauptsächlich aus Belgien, Peru und Indonesien, die Hauptversorgungsquelle (BGR 2014). Wie oben erwähnt, ist die Versorgung mit Zinn aus Peru und Indonesien in Zukunft nicht sichergestellt und ggf. müssen neue Lieferanten gewonnen werden. In

29 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 29 Deutschland werden zudem rund t Zinn recycelt (knapp 10 % der weltweiten Recyclingmenge; DERA 2014b) und stehen der deutschen Wirtschaft zur Verfügung. Nach einem relativ stabilen Preisniveau in den 1990er Jahren steigt der Zinnpreis seit 2003 an und zeigt seit dem einige starke Preispeaks (Abbildung 23). Die steigenden Preise von 2003 bis 2008 waren hauptsächlich durch das starke Wirtschaftswachstum Chinas bedingt. Die verstärkte Nachfrage konnte von den produzierenden Minen nicht aufgefangen werden, woraufhin alte Minen wiedereröffnet wurden. Nach der Weltwirtschaftskrise kam es im Jahr 2010 zu einem erneuten Preisanstieg durch Schließung illegaler Minen in Indonesien. Der anschließende Preisrückgang, der bis heute anhält, ist u.a. durch die europäische Schuldenkrise sowie einer schwächelnden Weltwirtschaft zu erklären (DERA 2013). Abbildung 23: Preisentwicklung von Zinn von

30 30 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 4 Beitrag der Verbünde zur Erhöhung der Versorgungssicherheit 4.1 Verortung der Verbünde Die meisten Verbundprojekte zielen auf eine langfristige Bereitstellung von Sekundärrohstoffen durch Recycling und Urban Mining. Die gewonnenen Rohstoffe stehen im Prinzip (eine ausreichende Qualität vorausgesetzt) allen relevanten Wertschöpfungsketten zur Verfügung. Einige wenige Verbünde zielen auf eine Verbesserung der Versorgungssituation (primär und sekundär) durch Materialeinsparung und Substitution. Zusammen ergeben sich aus den Arbeiten in r 3 Rohstoffeinsparungen sowohl auf der Angebots- als auch auf der Nachfrageseiten, wie in Abbildung 24 dargelegt. Abbildung 24: Verortung der Verbünde nach ihrem erwarteten Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage der Zielrohstoffe. Nicht dargestellt: ESSENZ (Bewertung), Grenzflächen (kein Zielmetall), INTRA r3+ (Begleitforschung). Der Punkt Qualität der gewonnenen Rohstoffe stellt eine besondere Herausforderung dar, da die zur Verfügung stehenden Daten aus den Verbünden zeigen, dass die Verbundprojekte oft nicht bis zum Metall reichen sondern teilweise unscharf definierte, aufbereitete Vorprodukte bereitstellen ( NE-Schrott, NE-Konzentrat, etc.) die auf jeden Fall eine weitere Verarbeitung erforderlich machen. Soweit wie möglich wurden diese aufgeschlüsselt und in der Bewertung berücksichtigt.

31 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 31 Eine weitere Betrachtungsweise der Verbünden ist deren Einordnung entlang einer generischen Wertschöpfungskette, wie in Abbildung 25 gezeigt. Hier wird der Fokus auf Recycling/Urban Mining im Förderschwerpunkt wieder deutlich. "From cradle to grave" Metall Halbzeug Komponente Produkt Schrott Halde PhytoGerm NickelRück r3-bece PitchER PRRIG ATR REStrateGIS InnoDruck SubITO ResourceApp Bo2W SubMag* EcoTan* CaF2 EcoTan* SubMag* Grenzflächen InAccess Kraftwerksasche PhotoRec ROBEHA Rotschlamm SMSB TÖNSLM UrbanNickel ZwiPhos UPgrade VeMRec Materialeinsparung; Substitution; Recycling; Urban Mining */* Verortung bezogen auf das Metall ("bei der diss. Anwendung") bzw. auf das Produkt ("zw. Metall und Halbzeug") Abbildung 25: Verortung (und Clusterung) der Verbünde from cradle to grave. Die 15 bewertbaren Rohstoffe (vgl. Abbildung 3) sind hinsichtlich Ihrer physischen Eigenschaften und Marktcharakteristiken sehr unterschiedlich und müssen folglich getrennt analysiert werden. Insbesondere bei den jährlichen Tonnagen (von jährlich ca. 150 t Tellur bis zu jährlich ca. 1,4 Mrd. t Eisen im Jahr 2013) und den Rohstoffpreisen (von ca. 100 US$ pro t Eisen bis zu US$ pro t Indium, jeweils Jahresmittelwerte für das Jahr 2014) bestehen große Unterschiede zwischen den bewerteten Rohstoffen. Diese zwei Variablen sind in Abbildung 26 dargestellt, zusammen mit der dazugehörigen Konzentration der Primärproduktion und dem Beitrag von Altschrottrecycling zum Angebot.

32 32 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Abbildung 26: Ausgewählte Kennzahlen zu den bewertbaren Rohstoffen. Die Fläche der Kreise ist an die jährliche Primärproduktion (Fläche direkt proportional zur Tonnage; kleinster Durchmesser für Tellur, größter Durchmesser für Eisen) und die Farbe der Füllung an die Recyclingrate gekoppelt. Das Zentrum eines jeden Kreises ist zum leichteren Ablesen der zugehörigen Konzentration und Preis mit einem kleinen schwarzen Punkt bzw. mit einem Kürzel markiert (Al = Aluminium, Cr = Chrom, Cu = Kupfer, Mn = Mangan, Fe = Eisen,). Die angegebene Recyclingrate ist die End-of-Life Recycling Input Rate (EoL-RIR; UNEP 2011): das Verhältnis von Altschrottrecycling zur Summe der Primär- (Bergbau) und Sekundärproduktion (aus Neu- und Altschrotten). Eine alternative Darstellung (Berücksichtigung von Neu- und Altschrotten) ist in Abbildung A.1 1 auf S. 49 zu finden.

33 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Übersicht der Beiträge zur Erhöhung der Versorgungssicherheit Die in r 3 geleisteten F&E-Arbeiten tragen durch unterschiedliche Mechanismen und an unterschiedlichen Positionen in den jeweiligen anthropogenen Stoffkreisläufen zu einer erhöhten Versorgungssicherheit ausgewählter wirtschaftsstrategischer Metalle und Minerale bei. Die unterschiedlichen Positionen dieser Beiträge werden in Abbildung 27 gezeigt. Da sich jedoch nicht alle Verbundergebnisse durch eine (potenzielle) Veränderung der Stoffströmen ausdrücken lassen, konnten nicht alle Ergebnisse quantitativ im Hinblick auf ihren Beitrag zur Erhöhung der Versorgungssicherheit bewertet werden. Abbildung 27: Mögliche Positionen im anthropogenen Metallkreislauf, an denen Beiträge zur Versorgungssicherheit aus den r 3 -Verbundvorhaben geleistet wurden. Obwohl die Verschiedenartigkeit der Beiträge, Datenlücken und die grundlegende Unsicherheit der tatsächlichen industriellen Umsetzung der F&E-Ergebnisse belastbarere Vorhersagen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit für die betroffenen Metallen und Industrieminerale verhindern, ist es möglich, auf der Basis der oben dargelegten Überlegungen eine qualitative Zusammenfassung der Potenziale anzufertigen. Diese sind in Tabelle 1 dargestellt. Insgesamt wurden Ergebnisse für 15 Metalle und Industrieminerale ausgewertet und in den Kategorien gering, nennenswert und bedeutend unterteilt.

34 34 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Tabelle 1: Rohstoff Aluminium Chrom Eisen Fluorit Gallium Indium Kupfer Magnesium Mangan Nickel Seltene Erden Tellur Wolfram Zink Zinn Qualitative Zusammenfassung der Beiträge zur Versorgungssicherheit der unterschiedlichen Rohstoffe. Potenzieller Beitrag zur Erhöhung der Versorgungssicherheit Deutschlands gering nennenswert bedeutend Bei Eisen, Mangan, Nickel, Seltene Erden, Tellur, Wolfram und Zink sind die kombinierten Beiträge zur Erhöhung der Versorgungssicherheit als gering einzuschätzen. Gründe dafür sind entweder geringe absolute Veränderungen der Stoffströme, die Relation zwischen der gewonnenen Mengen zur Größe der Nachfrage, oder die erhöhte Materialeffizienz in der Herstellung führt zu keine erhöhte Verfügbarkeit, da die zurzeit anfallenden Produktionsschrotte bereits als Neuschrotte im Recyclingkreislauf verbleiben. Als nennenswert sind die Beiträge für Aluminium, Chrom, Gallium, Kupfer und Zinn anzusehen. Im Falle von Aluminium, Chrom und Kupfer ist diese Einschätzung ausschließlich für Deutschland zutreffend, wo die Voraussetzungen für eine Anwendung der Technologien eher gegeben sind. Für Zinn sind durch die starke Halbleiterindustrie in Asien größere weltweite Potenziale als in Deutschland allein zu erwarten. Die Einschätzung für Gallium ist ein spezieller Fall: die theoretischen Potenziale sind sehr groß, auch im Vergleich zur weltweiten Nachfrage. Allerdings erscheint eine Umsetzung der Technologie vor dem Hintergrund der zurzeit ungenutzten Produktionskapazitäten sowie der noch nicht ausgeschöpften Potenziale zur Galliumgewinnung in der Aluminiumindustrie wenig wahrscheinlich. Die Beiträge für Kalziumfluorid, Indium und Magnesium sind als bedeutend einzuschätzen. Bei Kalziumfluorid (auch Fluorit, Flussspat, Säurespat) entsprechen die Po-

35 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit 35 tenziale aus dem Recycling ungefähr der Hälfte der heimischen Produktion bzw. 12 % der Importe bzw. insgesamt knapp 10 % des heutigen deutschen Bedarfes. Für Indium ergeben sich aus der Kombination von Substitution und Recycling große weltweite Potenziale (Technologieexport) sowie die Möglichkeit, überhaupt eine Rückgewinnung von Indium aus Altgeräten zu etablieren. Für Magnesium basiert die Einschätzung v. a. auf der starken Gießerei-Industrie in Deutschland, die durch einen Teilverzicht auf Magnesium für die Entschwefelung an Rohstoffflexibilität gewinnt. 4.3 Ergänzende, dynamisch-perspektivische Betrachtung für ausgewählte Rohstoffe Dynamische Stoffflussmodelle wurden für Aluminium, Indium und Kupfer entwickelt bzw. angepasst um quantitative Szenarien auch mit einer Zeitdimension erstellen zu können. Der grundlegende Aufbau der Modelle ist in Abbildung 28 dargestellt. Die Modelle wurden in der System Dynamics Software Vensim entwickelt und implementiert. Die Dateneingabe/-ausgabe erfolgt über eine Excel -Schnittstelle, die ebenfalls die Definition von quantitativen Szenarien ermöglicht. Die Modelle sind sowohl historisch als auch perspektivisch. Der historische Teil der Modelle basiert auf veröffentlichte Daten sowie auf Schätzungen und Annahmen und dient der Überprüfung der Plausibilität (vgl. Glöser et al. 2013). Der perspektivische Teil wird hauptsächlich durch die erwartete Nachfrage getrieben. Operationell wird dies durch das Definieren von Wachstumsraten für die Hauptanwendungen der untersuchten Metallen (vgl. Angerer et al. 2009; Angerer et al. 2010). Die Berücksichtigung der r 3 -Ergebnisse erfolgt i.d.r. über Faktoren, die die Werte im Modell multiplizieren: Recyclingprojekte werden demnach mit Faktoren > 1 bei der Zerlegungs- oder Metallrückgewinnungseffizienz berücksichtigt. Substitutionsprojekte werden über die Materialintensität der Produkte mit Faktoren < 1 bei Rohstoffen, deren Bedarf gemindert wird, und Faktoren > 1 bei Rohstoffen, deren Bedarf erhöht wird (Substitute), berücksichtigt. Urban Mining Projekte werden durch ergänzende Stoffflüsse berücksichtigt.

36 36 AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Ergebnisse aus den Recycling-Projekten r3 <efficiency of metal recovery> r3 <separation efficiency> read in production data Urban Mining Projekte können auch berücksichtigt werden, sofern sie "produktionsfähig" sind primary production <Time> <projected primary <last data year> production> recycled old scrap metal supply recycled new scrap <Time> market shares <last data year> manufacture of end use products new scrap <efficiency of new scrap recycling> r3 Ergebnisse aus den Recycling-Projekten separated old scrap Effekt über Nutzungsintensität und Substitution r3 <projected demand for manufacturing> metal into use phase <manufacturing efficiency> r3 initial stock last data year Stock in use <Time> <metal into use phase (projected)> product lifetimes generation of old scrap r3 <dissipation> collected old scrap Collection collection efficiency r3 evtl. Bo2W Abbildung 28: Skizze des dynamischen Stoffflussmodells. An allen mit r3 markierten Stellen im Modell ist ein Impact von r3-projekten denkbar und eine quantitative Berücksichtigung von r3-ergebnissen möglich. Des Weiteren wird in den Szenarien angenommen, dass die Versorgung durch Recycling, Substitution und Urban Mining Vorrang gegenüber der Primärproduktion hat. Dementsprechend werden hier Potenziale bzw. Obergrenzen ermittelt und nicht wahrscheinliche Entwicklungen dargestellt Aluminium Das Modell für Aluminium basiert auf veröffentlichte Arbeiten des Internationalen Aluminium Institutes (IAI 2015) und wurde um die Schnittstellen für die Beiträge von r 3 erweitert. Die Nachfrageseite des Modells ist in Abbildung 29 dargestellt.. Global gesehen sind die erwarteten Beiträge der r 3 -Technologien gering. Dies ist einerseits dadurch bedingt, dass die Aluminiumnachfrage sehr groß ist, wodurch Veränderungen in den Stoffströmen in der Größenordnung von mehreren t jährlich global gesehen vernachlässigbar sind. Andererseits hängt dies aber auch damit zusammen, dass die Beiträge aus r 3 für Aluminium v.a. aus dem Bereich Urban Mining kommen, für die es außerordentlich schwer ist, standortbezogene Potenziale aus den Verbünden auf globale Ebene hoch zu skalieren. Aus diesem Grund wurden hier lediglich die von den Verbünden angegebene großtechnische Potenziale berücksichtigt, die aber letztlich standortbezogen und somit im globalen Vergleich sehr klein sind.

37 Weltweite Aluminiumnachfrage Mio. Tonnen pro Jahr AP2.3 Erhöhung der Versorgungssicherheit Destruktive Anwendungen Sonstiges Gebrauchsgüter Elektro (Sonstiges) Elektro (Kabel) Maschinenbau Verpackung (Folie) Verpackung (Dosen) Verkehr (Sonstiges) Verkehr (Luft- und Raumfahrt) Verkehr (Auto) Gebäude Abbildung 29: Globale Aluminiumnachfrage nach IAI (2015). Auf der Basis historischer Schätzungen für die Nachfrage nach Aluminium in Deutschland wurde der Bedarf bis 2030 extrapoliert und mit den Beiträgen aus den Verbünden verglichen (Abbildung 30). Hier wird davon ausgegangen, dass das volle großtechnische Potenzial bereits ab 2016 voll ausgenutzt werden kann. In der Zeit könnten dadurch theoretisch zwischen drei und vier Prozent des Bedarfes gedeckt werden, wobei nach 2030 der Beitrag wieder beträchtlich (auf unter 1 ) sinken wurde, wenn keine weitere Deponien erschlossen würden. Abbildung 30: Nachfrage nach Aluminium in Deutschland und Anteil daran, der potenziell durch Urban Mining, Recycling und Substitution gedeckt werden könnte. Daten bis 2013 aus BGR (2015)