Kritische mineralische Ressourcen von Photovoltaik- Dünnschicht-Technologien

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1 Kritische mineralische Ressourcen von Photovoltaik- Dünnschicht-Technologien Eine Analyse unter Betrachtung der technologischen und marktwirtschaftlichen Entwicklung von Martin Cichy, BSc MSc Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften (ISR) Wien, 16. Februar

2 Motivation & Forschungsfrage Rohstoffzusammensetzung von PV- Dünnschicht - Technologien und Ressourcenbestände Simulationsmodell & Szenarioanalyse Ergebnisse BOKU IEWT Präsentation

4 Motivation Hohes globales Wachstum von Photovoltaik 300 GWp Ende 2016 (BSW 2017) auf GWp im Jahr 2050 (Hi-Ren Szenario) (IEA 2014; S. 20). 10 Dünnschicht-Technologien werden im Vergleich zu kristallinen Technologien zunehmend attraktiver: Starke Wirkungsgraderhöhung von Dünnschicht-Technologien (CIGS, CdTe) in den letzten Jahren Hohes Kostenreduktionspotential (günstigere/schnellere Produktionsverfahren) Geringerer Material- und Energieeinsatz bei der Produktion Individuelle, flexible, semi-transparente Solarzellen, geringere Temperaturkoeffizienten, höhere Wirkungsgrade bei Schwachlichtbedingungen, etc. Dünnschicht PV-Technologien verwenden kritische mineralische Rohstoffe! 4

5 Hauptforschungsfrage Welchen Einfluss hat die technologische und marktwirtschaftliche Entwicklung von Dünnschicht-PV-Technologien auf die Rohstoffbestände von kritischen mineralischen Stoffen innerhalb des Zeitraums bis 2050? Rohstoffbestände Nebenforschungsfrage Welchen expliziten Einfluss haben einzelne Einflussvariablen wie: Modulwirkungsgrad Politisch angestrebter PV-Ausbaupfad Absorberlayerdicke Marktanteile von Dünnschicht-PV-Technologien Materialeffizienz von Produktionsanlagen Stoffliche Wiederverwendung von Produktionsabfällen und Recyclingtechnologien 5

7 a:si-solarzelle Rohstoffbedarf (t/gwp) Jahresproduktion 2015 (t/a) Reserven - Stand 2015 (t) Ressourcen Stand 2015 (t) Al k. A Milliarden Bor 0, k. A. Silizium 18, k. A. reichlich Vorkommen in Quarzit, Siliziumdioxid, etc. Zinn 0,7-103, ,7 Mio. Indium 4-5,3 755 Reserven: Reservebasis: (Stand 2007) (Indium in Zinkablagerungen zwischen 1ppm - 100ppm Zinkressourcen 1,9 Milliarden t) Daten: (USGS 2016), (USGS 2008), (ITRI 2016), (Moss et al. 2011), (Öhrlund 2012), (Schlegl 2013), (Viebahn et al. 2014), (Mertens 2015) BOKU IEWT Präsentation

8 CdTe-Solarzelle Rohstoffbedarf (t/gwp) Jahresproduktion 2015 (t/a) Reserven - Stand 2015 (t) Ressourcen Stand 2015 (t) Kupfer 24, ,6 Milliarden Tellur Reserven: Reservebasis: (Stand 2008) k. A. Cadmium 83, Zinn 21,4-83, ,7 Mio. Indium 8-15,9 755 Reserven: Reservebasis: (Stand 2007) (Indium in Zinkablagerungen zwischen 1ppm - 100ppm Zinkressourcen 1,9 Milliarden t) Daten: (USGS 2008, 2009, 2016), (ITRI 2016), (Moss et al. 2011), (Mertens 2015) (Zuser und Rechberger 2011), (Öhrlund 2012), (Schlegl 2013), (Viebahn et al. 2014) 8

9 CIGS-Solarzelle Rohstoffbedarf (t/gwp) Jahresproduktion 2015 (t/a) Indium 26,1-83,8 755 Reserven - Stand 2015 (t) Ressourcen Stand 2015 (t) Kupfer , ,6 Milliarden Reserven: Reservebasis: (Stand 2007) (Indium in Zinkablagerungen zwischen 1ppm - 100ppm Zink 1,9 Milliarden t) Gallium 2-8,3 435 k. A (Gallium in Bauxit 50 ppm; Gallium in Zink nicht inkludiert) Selen 9,6-84, Mio. t Cadmium 0,9-2, (0,3 % Cadmium in Zinkerz, Zinkreserven: 200 Mio t; Zinkressourcen: 1,9 Mrd. t ) Molybdän 36, Zinn 6, ,7 Mio. Daten: (USGS 2016), (ITRI 2016), (Moss et al. 2011), (Öhrlund 2012), (Schlegl 2013), (Viebahn et al. 2014), (Itten und Frischknecht 2015), (Mertens 2015) 9

10 Motivation & Forschungsfrage Rohstoffzusammensetzung von PV- Dünnschicht - Technologien und Ressourcenbestände Simulationsmodell & Szenarioanalyse Simulationsmethodik: System Dynamic Simulationstool: Vensim (Dynamisches Simulationsprogramm, welches Anfangswertprobleme mittels dem explizitem Euler-Verfahren löst.) Szenarioanalyse: Betrachtung von pessimistischen und optimistischen Entwicklungen ( ) von diversen Parametern (32 Szenarien) Ergebnisse BOKU IEWT Präsentation

11 Prinzipschema des Simulationsmodells (1) Allgemeiner Photovoltaik Ausbau (2) Ausbau und Rohstoffbedarf einzelner Photovoltaik Technologien Simulationskreislauf (4) Marktanteile, Marktverschiebung und Rohstoffsubstitution (3) Primäre Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen 11

12 Prinzipschema des Simulationsmodells (1) Allgemeiner Photovoltaik Ausbau (2) Ausbau und Rohstoffbedarf einzelner Photovoltaik Technologien Ermittlung des jährlichen globalen PV-Zubau über die: global kumuliert installierte Leistung im letzten Simulationsschritt angestrebte kumulierte installierte Leistung im Jahr 2050 anfallende Altmodule ( End-of-Life Module) Marktwachstumskurve (Mayer et al. 2015) Simulationskreislauf (4) Marktanteile, Marktverschiebung und Rohstoffsubstitution (3) Primäre Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen 12

13 Globale PV Ausbau Szenarien ADV E [R] Szenario (Teske et al. 2015; S. 74) E [R] Szenario (Teske et al. 2015; S. 74) hi-ren Szenario (IEA 2014; S. 20) High Szenario (Rigby et al. 2011; S. 11) Low Szenario (Rigby et al. 2011; S. 11) Ref Szenario (Teske et al. 2015; S. 74) Annahme Szenarioanalyse 13

14 Prinzipschema des Simulationsmodells End-of-Life Module je Technologie (1) Allgemeiner Photovoltaik Ausbau (2) Ausbau und Rohstoffbedarf einzelner Photovoltaik Technologien Simulationskreislauf 1. Ermittlung des spezifischen Rohstoffbedarfes einer PV-Technologie je GWp 2. Ermittlung der jährlich neu installierten Leistung der Technologie über den globalen PV-Zubau (1) und den Marktanteilen der PV-Technologie (4) 3. Modellierung bzw. Ermittlung der Rohstoffrückgewinnung aus der Aufbereitung von Produktionsabfällen sowie aus dem Recycling von Dünnschicht-PV-Technologien. Recycling-Potential variiert in der Szenarioanalyse (4) Marktanteile, Marktverschiebung und Rohstoffsubstitution (3) Primäre Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen 14

15 Ermittlung des Rohstoffbedarfes je GWp Dichte der Solarzelle der PV-Technologie [t/m³] Dicke des Absorberlayers/Solarzelle der PV-Technologie zum Zeitpunkt t [m] Spezifischer Materialbedarf des Stoffes x der PV- Technologie zum Zeitpunkt t [t/gwp] Massenanteil des Stoffes x im Absorberlayer/Solarzelle der PV-Technologie [%] Entwicklung des Wirkungsgrades der Produktionslinie der PV-Technologie zum Zeitpunkt t [%] Solarkonstante [GW/m²] Formel basiert auf (Kavlak et al. 2014) Modulwirkungsgrad der PV- Technologie zum Zeitpunkt t [%] Materialnutzungsgrad bei der Produktion der PV-Technologie zum Zeitpunkt t [%] Werden in der Szenarioanalyse mit einer pessimistischen und optimistischen Entwicklung (2015 bis 2050) simuliert. 15

16 Prinzipschema des Simulationsmodells (1) Allgemeiner Photovoltaik Ausbau Annahme: (4) Marktanteile, Marktverschiebung und Rohstoffsubstitution (2) Ausbau und Rohstoffbedarf einzelner Photovoltaik Technologien Simulationskreislauf (3) Primäre Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen + Rohstoffbedarf Dünnschicht-PV - Materialrückgewinnung aus PV-Technologien + Primärer Rohstoffbedarf von sonstigen Anwendungen = Primäre Rohstoffproduktion Szenarioanalyse: Konstanter Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen: konstante Entwicklung des Rohstoffbedarfes von sonstigen Anwendungen am Niveau von 2015 Wachsender Rohstoffbedarf sonstige Anwendungen: steigender Rohstoffbedarf von sonstigen Anwendungen durch die Berücksichtigung der durchschnittlich jährlichen Wachstumsrate der letzten 15 Jahren (exponentielles Trendmodell) 16

17 Prinzipschema des Simulationsmodells Ermittlung der Dünnschicht-Marktanteile basierend auf einer angenommenen Marktanteilsentwicklung, welche in Abhängigkeit der Rohstoffverfügbarkeit mittels der Leontief- Produktionsfunktion beeinflusst werden kann. Annahmen: Keine Beeinflussung der Entwicklung der Marktanteile bis die aus heutiger Sicht bezifferten Reserven erschöpft sind. Angenommenen Marktanteilsentwicklung: Pessimistische Szenarien: Entwicklung der Marktanteile bis 2050 am Niveau von 2015 (a:si 0,6; CdTe 4,6%; CIGS 2%) Optimistisches Szenario: Erhöhung der Marktanteile jeder Dünnschicht- Technologie auf 25% bis 2050 (1) Allgemeiner Photovoltaik Ausbau (4) Marktanteile, Marktverschiebung und Rohstoffsubstitution (2) Ausbau und Rohstoffbedarf einzelner Photovoltaik Technologien Simulationskreislauf (3) Primäre Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen 17

19 Ergebnisse Gegenüberstellung der Abbaupotentiale der Reserven und Ressourcen der einzelnen Rohstoffe der 32 analysierten Szenarien Abbaupotential der Reserven bis 2050 [%] Szenarien mit konstantem Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen Szenarien mit wachsendem Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen Prognostizierte Reichweite der Reserven [a] Abbaupotential der Ressourcen bis 2050 [%] Szenarien mit konstantem Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen Szenarien mit wachsendem Rohstoffbedarf sonstige Anwendungen Cadmium 139,8 % 143,2 % 167 % - 169,2 % 2036 bis ,7 % -15,1 % 17,6 % - 17,8 % Gallium - - 1,37 % - 1,52% 12,94 % - 13,08 % Indium 212,4 % - 426,2 % 280,4 % - 447,1 % 2023 bis ,9 % - 47,9 % % 31,5 % - 50,2 % Kupfer 91,1 % - 91,1 % 138,4 % - 138,4 % ab ,7 % - 11,7 % 17,8 % - 17,8 % Molybdän 86,3 % - 86,36 % 137,9 % - 137,9% ab ,1 % - 48,2 % 76,95 % -76,96 % Schwefel ,4 % - 0,4 % 0,5 % - 0,5 % Selen 64,6 % - 74,13 % 124,7%-133,5% ab ,06 % - 0,07 % 0,12 % - 0,13 % Tellur 9,2 % - 113,4 % 9,1 % - 107,7 % ab ,8 % - 59,3 % 4,8 % - 56,4 % Zinn 194,8%-194,8% 223,2%-223,3% 2032 bis ,7 % - 80,8 % 92,5 % - 92,6 % Abbaupotential [%] = 1 Bestand im Jahr 2050 [t] Bestand im Jahr 2015 [t] [1] Reservenerschöpfung bis 2050 nur bei Szenarien mit optimistischem PV- und Dünnschicht- Ausbau und pessimistischer technologischer Entwicklung sowie bei Nicht-Etablierung von Recyclingtechnologien 19

20 Ergebnisse Entwicklung der Tellur-Reserven bei optimistischer PV und Dünnschicht Entwicklung sowie wachsende primäre Rohstoffproduktion für sonstige Anwendungen Tellur - Reserven BOKU IEWT Präsentation

21 Ergebnisse Rohstoffnutzung, -wiederverwendung und Recycling Essentielles Problem von CIGS und CdTe Solarzellen ist die Rohstoffnutzung bei der Produktion. Materialnutzungsgrad bei der Produktion von CIGS und CdTe beträgt derzeit in Abhängigkeit des Verfahrens zwischen 50% und 70% (Zuser und Rechberger 2011), (Marweder und Reller 2012), (Marweder und Reller 2014) Großteil des Restmateriales schlägt sich bei der Produktion an den Wänden der Reaktionskammer sowie anderen Anlagenkomponenten nieder Stoffe binden sich bzw. sind verunreinigt Bei Wartungsarbeiten werden die Wände gereinigt und die abgetragenen Materialien zusammen mit den Schleifmitteln entsorgt. Simulationsergebnisse zeigen, dass für den Zeitraum bis 2040 eine Steigerung der Materialeffizienz von Produktionsanlagen einen größeren positiven Einfluss auf die Rohstoffreichweite hat als das Recycling von Altmodulen. Recycling von Alt-Modulen wird insbesondere ab 2040 relevant, da aufgrund einer durchschnittlichen Lebensdauer der PV-Module von 30 Jahren ab diesem Zeitpunkt hohe Mengen von recyclingfähigen Modulen anfallen werden. 21

22 Ergebnisse Negativer Einfluss von limitierenden Rohstoffen auf die Entwicklung von Dünnschicht-PV-Technologien Als potentiell limitierende Rohstoffe für die Entwicklung von Dünnschicht-PV- Technologien wurden Indium und Zinn identifiziert. Verwendung als Indiumzinnoxid-(ITO)-Schicht, welche als Elektrode fungiert, bei CIGS, CdTe und a:si, sowie Indium bei CIGS-Solarzellen in der Absorberschicht. Aufgrund der Erschöpfung der Indium-Reserven, zwischen 2023 und 2030, ist mit negativen Auswirkungen auf die marktwirtschaftliche Entwicklung von CIGS und CdTe zu rechnen. Von einer negative Beeinflussung von Indium auf die Entwicklung von a:si wird hingegen nicht ausgegangen, da Studien wie etwa Viebahn et al. (2014) davon ausgehen, dass bis spätestens 2025 alle a:si Solarzellen indiumfrei sein werden. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass ab 2040 ein verstärkter negativer Einfluss von Zinn ausgeht und somit den Ausbau von Dünnschicht-PV- Technologien negativ beeinflussen kann. 22

23 Schlussfolgerung Für die großflächige Etablierung von PV ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung von PV- Technologien notwendig und insbesondere die Erschließung neuer komparativer technologischer Vorteile, neuer Märkte und Anwendungsformen sowie eine Kostendegression. Mittelfristig betrachtet ist die stärkere Etablierung von Dünnschicht-Technologien, trotz ihrer Nutzung von kritischen Materialien, unter gewissen Rahmenbedingungen sinnvoll: Frühestmögliche Substitution von Indium und Zinn (ITO) in der TCO Schicht in allen PV- Technologien (spätestens ab 2025) Verstärkte Forschung hinsichtlich der Erhöhung der Materialeffizienz von Produktionsanlagen Substitution von Tellur (CdTe) und Molybdän (CIGS) Entwicklung und Einsatz von effizienten Recyclingtechnologien Langfristig betrachtet sollten Dünnschicht-Technologien so weiter entwickelt werden, dass sie dieselben komparativen Vorteile gegenüber anderen PV-Technologien besitzen, jedoch keine kritischen Stoffe verwenden. 23

24 Literatur BSW, 2017, PHOTOVOLTAIK-MEILENSTEIN: WELTWEIT 300 GIGAWATT INSTALLIERT, Pressemitteilung des Bundesverbandes Solarwirtschaft vom European Commission, 2010, Critical raw materials for the EU. Report of the Ad hoc Working Group on defining critical raw materials IEA, 2014, Technology Roadmap - Solar Photovoltaic Energy edition, Energy Technology Perspectives, Internationale Energy Agency, Paris. ISE, 2016, Photovoltaicy Report 17. November Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Freiburg. ITRI, 2016, 2016 Report on Global Tin Resources & Reserves - Security of long-term tin supply, Hertfordshire. Itten, R., Frischknecht, R., 2015, LCI of the global crystalline photovoltaics supply chain and Chinese multi-crystalline supply chain. Version: 05/11/2015, Swiss Federal Office of Energy, Uster. Kavlak, G., McNerney, J,, Jaffe, R., L., Trancik, J., E., 2014, Growth in Metals Production for Rapid Photovoltaics Deployment. In: IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC) (June 2014). Mayer, J., N., Philipps, S., Hussein, N., S., Schlegl, T., Senkpiel, C., 2015, Current and Future Cost of Photovoltaics - Long-term Scenarios for Market Development, System Prices and LCOE of Utility- Scale PV Systems. Fraunhofer ISE, Freiburg. Mertens, K., 2015, Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis. 3. Auflage, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Steinfurt, ISBN Moss, R., L., Tzimas, E., Kara, H., Willis, P., Kooroshy, J., 2011, Critical Metals in Strategic Energy Technologies - Assessing Rare Metals as Supply-Chain Bottlenecks in Low-Carbon Energy Technologies. European Commission, Joint Research Centre, Institute for Energy and Transport, Petten, ISBN Öhrlund, I., 2012, Future Metal Demand from Photovoltaic Cells and Wind Turbines. EUROPEAN PARLIAMENT - Science and Technology Options Assessment, Reports No. PE , Brüssel. Palm, J., Karg, F., Schneider, H., Kushiya, K., Stolt, L., Tiwari, A., Niemi, E., Beck, M., Eberspacher, C., Wohlfart, P., Bayman, A., Schoop, U., Wieting, B., Ramanathan, K., Dimmler, B., Kuhn, C., Whitelegg, S., Rühle, U., Lincot, D., Naghavi, N., Walter, T., Schlatmann, R., Lux-Steiner, M., Kuypers, A., Szyszka, B., Siebentritt, S., Lechner, P., Powalla, M., Noufi, R., Schock, H., W., 2016, WHITE PAPER FOR CIGS THIN FILM CELL TECHNOLOGY. Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Stuttgart. Rekinger, M., Thies, F., Masson, G., Orlandi, S., 2015, Global Market Outlook For Solar Power / EPIA, Brüssel. Romeike, F., 2016, System Dynamics. Abruf: Schlegl, T., 2013, ENTWICKLUNGSLINIEN DER PV-TECHNOLOGIEN UND MATERIAL-SUBSTITUTIONSMÖGLICHKEITEN - Strategische Metalle für die Energiewende. 25. Februar 2013, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Tutzing. Rigby, P., Fillon, P., Gombert, A., Herrero Rueda, J., Kiel, E., Mellikov, E, Poortmans, J., Schropp, R., Schwirtlich, I., A., Warren, P., 2011, Scientific Assessment in support of the Materials Roadmap enabling Low Carbon Energy Technologies Photovoltaic Technology. JRC Scientific and Technical Reports No. EUR EN 2011, Strategic Energy Technology Plan, Ispra. USGS, , Mineral Commodity summaries U. S. Geological Survey, Washington. Viebahn, P., Arnold, K., Friege, J., Krüger, C., Nebel, A., Samadi, S., Soukup, O., Ritthoff, M., Teubler, J., Wiesen, K., 2014, KRESSE - Kritische mineralische Ressourcen und Stoffströme bei der Transformation des deutschen Energieversorgungssystems. Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal. Zuser, A., Rechberger, H., 2011, Considerations of resource availability in technology development strategies: The case study of photovoltaics. In: Resources, Conservation and Recycling, Ausgabe 56, Seite Teske, S., Sawyer, S., Schäfer, O., Pregger, T., Simon, S., Naegler, T., 2015, energy [r]evolution A sustainable World Energy Outlook Report 5th edition 2015 world energy scenario, Greenpeace international, global wind energy Council, Solar Power Europe, Stuttgart. 24

25 Annahmen - Szenarioanalyse (1) Pessimistische und optimistische Entwicklung der Modulwirkungsgrade der Dünnschicht PV Technologien von 2015 bis 2050 CdTe CIGS pess. 18,6 % 19,6 % 22 % opt. 18,6 % 22 % 25 % pess. 17,5 % 18 % 21 % opt. 17,5 % 22 % 25 % Daten: (ISE 2016), (Zuser und Rechberger 2011) 25

26 Annahmen - Szenarioanalyse (2) Pessimistische und optimistische Entwicklung der Schichtdicken der Dünnschicht PV Technologien von 2015 bis 2050 CdTe CIGS pess. 2,5 µm 2,5 µm 2 µm 2 µm opt. 2,5 µm 1,4 µm 0,8 µm 0,8 µm pess. 2 µm 1,6 µm 1,4 µm 1,4 µm opt. 2 µm 1,4 µm 0,8 µm 0,8 µm Tabelle 1: Pessimistische und optimistische Entwicklung der Absorberschichtdicke der Dünnschicht PV Technologien von 2015 bis 2050; (eigene Darstellung); Datenbasis:(Kavlak et al. 2014), (Zuser und Rechberger 2011) CdTe 0,5 µm 0,2 µm CIGS 1,1 µm 0,55 µm Tabelle 2: Entwicklung der ITO-TCO Schicht bei CdTe und CIGS Solarzellen; (eigene Darstellung); Datenbasis: (Viebahn et al. 2014); (Rigby et al. 2011; S. 11) 26

27 Annahmen - Szenarioanalyse (2) Kennzahlen der stofflichen Wiederverwendung und des Recyclings bei optimistischer Entwicklung a:si CdTe CIGS Materialnutzungsgrad bei der Produktion 90 % 90 % 90 % Wiederverwendungsrate der Produktionsabfälle 0 % 21,4 % 50 % Recyclingrate von Modulen 0 % 90 % 97 % Entwicklung des Wirkungsgrades der Produktionslinie 90 % 98 % 98 % Modul-Sammelrate aus Produktionsausschüssen 0 % 100 % 100 % Sammelrate von End-of-Life Modulen 0 % 40 % 85 % Materialnutzungsgrad bei der Produktion 50 % 67,1 90 % Wiederverwendungsrate der Produktionsabfälle 0 % 25 % 50 % Recyclingrate von Modulen 0 % 90 % 97 % Entwicklung des Wirkungsgrades der Produktionslinie 85 % 90,1 % 97 % Modul-Sammelrate aus Produktionsausschüssen 0 % 100 % 100 % Sammelrate von End-of-Life Modulen 0 % 40 % 85 % Materialnutzungsgrad bei der Produktion 50 % 67,1 % 90 % Wiederverwendungsrate der Produktionsabfälle 0 % 21,4 % 50 % Recyclingrate von Modulen 0 % 90 % 97 % Entwicklung des Wirkungsgrades der Produktionslinie 90 % 98 % 98 % Modul-Sammelrate aus Produktionsausschüssen 0 % 100 % 100 % Sammelrate von End-of-Life Modulen 0 % 40 % 85 % Daten: (Zuser und Rechberger 2011), (Marweder und Reller 2014) 27

28 Annahmen Szenarioanalyse (3) Optimistische Annahme: Berücksichtigung der durchschnittlichen jährliche Wachstumsrate der analysierten Rohstoffe von 2000 bis 2015 Rohstoff Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 2000 bis 2015 Cadmium 1,37 % Gallium 10,293 % Indium 5,567 % Kupfer 2,362 % Molybdän 4,954 % Schwefel 1,365 % Selen 3,459 % Tellur 0 % Zinn 0,842 % Pessimistische Annahme: Konstante primäre Rohstoffproduktion für sonstige Anwendungen von 2015 bis 2050 am Niveau von 2015 Daten: (USGS ) 28

29 Annahmen - Szenarioanalyse (4) Pessimistischer und optimistischer Entwicklungspfad der Dünnschicht - Marktanteile ohne Ressourcenabhängigkeit a:si CdTe CIGS pess. 0,6 % 0,6 % 0,6 % 0,6 % opt. 0,6 % 11 % 25 % 25 % pess. 4,6 % 4,6 % 4,6 % 4,6 % opt. 4,6 % 10,5 % 25 % 25 % pess. 2 % 2 % 2 % 2 % opt. 2 % 3,5 % 25 % 25 % Daten: (ISE 2016), (Zuser und Rechberger 2011) 29

30 Technologie / Rohstoffe Ergebnisse spezifische Rohstoffbedarf [t/gwp] Materialrückgewinnung [t/a] Globale kumulierte install. Leistung [GWp] von bis von bis von bis Von bis von bis von bis a-si Indium 4, , Zinn 0, , , CIGS Kupfer 22,5 6,6 10,9 3,2 6, Indium 72,3 45,2 49,7 27,7 31, Gallium 7,5 2,2 3,6 1,1 2, Selen 53,7 15,6 25,9 7,7 16, Cadmium 1,6 0,8 1,0 0,6 0, Molybdän 53,7 22,3 27,1 9,6 11, Zinn 6,5 5,1 5,1 3,3 3, CdTe Kupfer 15,9 5,3 9,3 2,6 5, Tellur 72,1 18,3 42,2 8,4 23, Cadmium 63,9 16,2 37,4 7,4 21, Indium 22,2 16,5 16,5 8,9 8, Zinn 3,0 2,2 2,2 1,2 1, , ,

31 Ergebnisse Einfluss der technologischen und marktwirtschaftlichen Entwicklung von Dünnschicht-PV-Technologien Je höher der Anteil des Rohstoffbedarfs von Dünnschicht-PV-Technologien am gesamten Rohstoffbedarf ist, desto höher ist der Einfluss der Dünnschicht-PV-Entwicklung auf die Entwicklung der primären Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen. Einfluss der Dünnschicht-PV-Entwicklung auf die Entwicklung der primären Rohstoffproduktion, Reserven und Ressourcen : Hoher Einfluss: Indium und Tellur Geringer Einfluss: Cadmium, Selen und Gallium De facto kein Einfluss: Kupfer, Molybdän, Schwefel und Zinn Szenarien mit konstantem Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen Szenarien mit wachsendem Rohstoffbedarf - sonstige Anwendungen Cadmium 0,1% - 2,8% 0,1% - 2,2% Gallium 0,3% - 10,1% 0,03 % - 1,07 % Indium 5,1% - 72,4% 3,8% - 64,2% Kupfer 0,00005%-0,0017% 0,0003%-0,001% Molybdän 0,004 % - 0,131 % 0,003% - 0,077% Schwefel 0, % - 0,000007% 0, % - 0,000005% Selen 0,4% - 13,1% 0,2% - 6,7% Tellur 30,9 % - 93,6 % 30,4% - 93% Zinn 0,001 % - 0,04 % 0,001% - 0,03% Tabelle 3: Bandbreite des Anteils des kumulierten Rohstoffbedarfes von Dünnschicht-PV am gesamten kumulierten Rohstoffbedarf im Simulationszeitraum 2015 bis 2050 aller untersuchten 32 Szenarien 31

32 Ergebnisse Förderung von Nebenprodukten Neben der potentiellen Engpässe hinsichtlich der Rohstoffbestände können Förderengpässe vor allem bei jenen Stoffen entstehen, die als Nebenprodukt gewonnen werden, hierzu zählen Cadmium (Nebenprodukt der Zinkverhüttung), Gallium (Nebenprodukt bei der Aluminiumproduktion), Indium (Nebenprodukt bei der Zink-, Blei und Zinngewinnung), Selen und Tellur (Nebenprodukt bei der Kupferraffination bzw. -produktion) Förderung ist an Fördervolumen des Hauptproduktes und den Kapazitäten der Extraktionsanlagen gebunden. Engpässe können insbesondere bei einem kurzfristig höheren Bedarf entstehen und wenn das Nebenprodukt eine höhere Wachstumsrate als das Hauptprodukt aufweist. Als problematisch hinsichtlich potentieller Förderengpässe wurden Indium, Tellur und Gallium identifiziert. 32

33 Ergebnisse Entwicklung der Indium-Reserven in den untersuchten 32 Szenarien BOKU IEWT Präsentation