Der Lebenszyklus von Nickel

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1 Forschungsarbeit der Yale University erklärt die Wege von Nickel Neue umweltbezogene Daten zu Nickel März 2014 Jhrg. 29, Nr. 1 Progreso-Pier: Vorteile von Bewehrungen aus Edelstahl Rostfrei DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN Der Lebenszyklus von Nickel Edelstahl-Rostfrei-Schrott durch Kunst im öffentlichen Raum zu neuem Leben erweckt

2 FOTO DER STONECUTTERS-BRÜCKE BEI NACHT, HONGKONG MARCEL LAM PHOTOGRAPHY, MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON ARUP r Die Stonecutters-Brücke bei Nacht w Kegelförmiger Pylon FALLSTUDIE 01 DIE PYLONEN DER STONECUTTERS-BRÜCKE Die Stonecutters-Brücke in Hongkong ist imposant und wichtig zugleich: Sie schafft eine unverzichtbare Handelsverbindung in einer rauen Umgebung. Bei ihrem Bau hat man auch auf nickelhaltigen Edelstahl Rostfrei vertraut, damit die Brücke über ihre geplante Lebensdauer von 120 Jahren hinweg im Kampf mit Salzwasser, industrieller Verschmutzung und häufigen Taifunen einen sicheren und kontinuierlichen Dienst gewährleistet. Die bemerkenswertesten Kennzeichen der Brücke sind zwei sich gleichende, nach oben verjüngende Pylonen an ihren beiden Enden, die sich 295 m über den Meeresspiegel erheben und das 50 m breite Fahrbahndeck tragen. Während die unteren Abschnitte völlig aus Stahlbeton bestehen, sind die oberen 115 m aus Verbundsektionen mit einer Außenhaut aus Edelstahl Rostfrei und einem Kern aus Stahlbeton gebildet. Kreisrunde Türme können bekanntermaßen durch Wirbelablösung in Schwingungen versetzt werden. Um dies zu vermeiden, wurde der obere Teil des Pylons als Verbundstruktur mit einer Haut aus Edelstahl Rostfrei um einen ringförmigen Kern aus Stahlbeton gestaltet, der die Ankerkästen für die Stahlseile umgibt. Die größere Masse, Steifigkeit und Dämpfung der Verbundstruktur verleihen der Brücke ein besseres Verhalten gegenüber Wirbelablösung. Zudem muss die Wartung aufgrund der Höhe der Pylonen und des starken Verkehrs darunter auf einem Minimum gehalten werden. Zur Verkleidung des oberen Teils des Pylons wurde wegen seiner Dauerhaftigkeit und seines attraktiven Erscheinungsbildes nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei gewählt. Die Alternative Stahl hätte einen Austausch nach geschätzten 25 bis 30 Jahren mit wiederholt anfallenden zusätzlichen Kosten und Verkehrsunterbrechungen während der Nutzungsdauer von 120 Jahren erforderlich gemacht. Der Werkstoff der Wahl war wegen seiner hohen Streckgrenze (460 MPa) und überlegenen Korrosionsbeständigkeit rostfreier Duplex- Edelstahl S STABIL UND FEST Die Außenhaut des Pylons besteht aus 32 Edelstahl-Rostfrei-Segmenten aus warmgewalztem Blech mit einer Stärke von 20 mm. Der Durchmesser des kreisrunden Pylonabschnittes verjüngt sich von 10,9 m auf 7,2 m, wobei die Wandstärke des Betons von 1,4 m auf 0,8 m abnimmt. Die unteren drei Schrägseilsätze sind im Stahlbeton des unteren Pylonabschnittes verankert. Darüber befinden sich 25 Stahlankerkästen, in denen die übrigen 25 Schrägseilsätze befestigt sind. Die strukturelle Belastbarkeit des oberen Pylonabschnittes beruht auf der Wechselwirkung zwischen der Haut aus Edelstahl Rostfrei, dem Betonkern und den Ankerkästen. Schubverbinder aus hochfestem rostfreiem Duplex-Edelstahl mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Länge von bis zu 300 mm übertragen die Last zwischen dem Beton und der Haut oder dem Ankerkasten. Dieser Artikel ist eine Adaptation aus einer Reihe von Fallstudien zu Structural Stainless Steel, die von SCI für Team Stainless produziert wurde, und kann heruntergeladen werden unter FOTO DES PYLONS: STONECUTTERS-BRÜCKE, HONGKONG JOHN NYE, MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON ARUP 2 NICKEL MAGAZINE FALLSTUDIE nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

3 NICKEL MAGAZINE, JHRG. 29, NR. 1, MÄRZ 2014 NICKEL MAGAZINE, JHRG. 29, NR. 1, MÄRZ 2014 Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute Tim Aiken, Vorsitzender Clare Richardson, Herausgeberin Beiträger: Gary Coates, Bruce McKean, Mark Mistry, Yae Saito, Stan Taylor, Seiichi Tsuyuguchi Entwurf: Constructive Communications Kontaktangaben: Eighth Floor Avenue des Arts Brüssel 1210, Belgien Tel communications@nickelinstitute.org Das Textmaterial ist zur allgemeinen Information des Lesers erstellt worden und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne vorher fachmännische Beratung einzuholen. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, repräsentieren oder garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen. ISSN Gedruckt in Kanada auf Recyclingpapier. Titelseite: Constructive Communications Foto auf der Titelseite: Das Foto wurde freundlicherweise von Bruce Taylor zur Verfügung gestellt. INHALTSVERZEICHNIS Im Brennpunkt Editorial Sonder-Leitartikel Sachbilanz Ökobilanz des Progreso-Pier Schrott zur Wiederverwendung Stocks and Flows der Yale University Fallstudie Die Pylonen der Stonecutters-Brücke... 2 Aktuelle Anwendungen Infrastruktur in Alberta, Kanada Kunst im öffentlichen Raum: wiederverwerteter Edelstahl Rostfrei.. 16 Kurzmeldungen UNS-Details Blackpools Strandpromenade Wasserversorgung von Tokio Internetverknüpfungen RUND UM DEN LEBENSZYKLUS Ebenso wie das Wort Nachhaltigkeit läuft das Wort Lebenszyklus Gefahr, durch übermäßige Verwendung an Bedeutung zu verlieren. Diese Ausgabe des Nickel Magazine wird jedoch zeigen, dass Lebenszyklus und Nachhaltigkeit weiterhin bedeutende Konzepte in der Gesellschaft, der Wirtschaft und dem Handel sind. Mit einer ganzheitlichen Betrachtung des Lebenszyklus können wir die wirkliche umweltbezogene und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit von Nickel und nickelhaltigen Produkten zeigen, denn sie erlaubt es uns, die Auswirkungen der Produktion gegen den Nutzen der Verwendung (und des Recyclings) abzuwägen. Auf Seite 5 finden Sie einen Sonder-Leitartikel, der sich mit der Untersuchung des Lebenszyklus von Nickel beschäftigt. Wir beginnen mit einer Einführung in die vor kurzem fertiggestellte Sachbilanz für metallisches Nickel und Ferronickel, die beide wichtige Bestandteile vieler Güteklassen rostfreier Edelstähle und von Nickellegierungen sind. Diese Sachbilanz liefert eine aktuelle, repräsentative und von Experten begutachtete mengenmäßige Bestimmung des gesamten Materials und Umweltressourcen, die zur Herstellung einer Einheit von Nickel notwendig sind. Ausgehend von diesen Informationen ist es möglich, eine Bilanzaufstellung anzufertigen, die den Netto-Nutzen der Verwendung von Nickel für die Gesellschaft und die Umwelt aufzeigt. Überdies stellt sie Informationen bereit, die politischen, regulatorischen und industriellen Interessengruppen innerhalb der Nickel-Wertschöpfungskette hilft, die besten nachhaltigen Entscheidungen zu treffen. Weiter untersuchen wir in einer Ökobilanz den Progreso-Pier im Golf von Mexiko die Frage des Netto-Nutzens des Maßes, in dem der von einem Werkstoff geleistete Dienst die materiellen und Umweltressourcen übersteigt, die zu seiner Erzeugung erforderlich sind. Dieser einfache, unter Verwendung von Bewehrungsstäben aus nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei gebaute Betonpier steht immer noch und versieht seinen Dienst nach mehr als 70 Jahren in einer aggressiven Küstenumgebung. Des weiteren hat das Center for Industrial Ecology der Yale University die Stoffströme und die Ansammlung von Beständen von Metallen von der Wiege bis zur Bahre untersucht. In dieser vom Nickel Institute unterstützten, unabhängigen Forschungsarbeit wurde gezeigt und mit einer bisher nicht angestrebten Genauigkeit dargestellt, dass noch ein weiter Weg zu gehen ist und sich enorme in Gebrauch befindliche Ressourcen für zukünftige Generationen in unserer Gesellschaft akkumulieren. Und damit der Kreis sich schließt, lesen Sie auf Seite 11, wie nickelhaltige rostfreie Edelstähle gesammelt und rezykliert werden eine sehr praxisnahe Demonstration dessen, was die Forschungsarbeit der Yale University zeigt: Die Eigenschaften von Nickel sind solcherart, dass die Gesellschaft nickelhaltige Werkstoffe wertschätzt und sich bemüht, diese zum Wohle der Menschen von heute und morgen zu bewahren. Doch wie immer bieten Ihnen noch mehr: Sehen Sie, was die Verwendung von Nickel bei der Stonecutters-Brücke in Hongkong bewirkt, einer Kombination aus Schönheit und Nützlichkeit, und wie Edelstahl-Rostfrei-Schrott unter den Händen des Bildhauers Bruce Taylor zu Kunst im öffentlichen Raum wird. Beides sind praktische Beispiele dafür, was Nickel für die Gesellschaft und die Nachhaltigkeit leistet. Clare Richardson Herausgeberin, Nickel Magazine FOTO MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON NORILSK NICKEL nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL IM BRENNPUNKT 3

4 ISTOCK PHOTO STEVEN JOHNSON Egal, ob Sie in Europa, Nordamerika, Asien oder anderswo auf der Welt leben, sicherlich haben Sie schon einmal über die bröckelnde Infrastruktur in Ihrer Region gelesen. Und die meisten von uns können auch gleich Beispiele für verfallende Straßen und Brücken anführen, mitunter auch für solche, deren strukturelles Versagen unmittelbar bevorsteht. Fehlende Geldmittel bedeuten, dass Reparaturen hinausgezögert werden und letztendlich umfassender ausfallen müssen. Der Verfall des Betons unserer Brücken ist hauptsächlich durch Korrosion der unbeschichteten oder auch beschichteten Bewehrungsstäbe aus Stahl in dem Beton bedingt. Am schlimmsten ist die Korrosion in Gebieten mit starkem Einsatz von Streusalz oder in Salzwassernähe. Eine Beschädigung der Bausubstanz durch Korrosion von Bewehrungen kann jedoch durch die Verwendung von Bewehrungsstäben BEWEHRUNG AUS EDELSTAHL ROSTFREI Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft Bewehrungen aus Edelstahl Rostfrei verhindern durch Korrosion von Bewehrungsstäben verursachte Schäden an der Bausubstanz aus Edelstahl Rostfrei verhindert werden. Im Mittelpunkt unseres auf Seite 7 beginnenden Berichts Pier-Review steht die Lebenszyklusanalyse einer um 1941 gebauten Pier im Golf von Mexiko, bei deren Konstruktion Bewehrungen aus Edelstahl Rostfrei verwendet wurden. Zur damaligen Zeit wurde es vermutlich als eine sonderbare Wahl angesehen, die sich aus heutiger Sicht aber als sehr weise darstellt. Heute werden in Nordamerika und weltweit Bewehrungen aus Edelstahl Rostfrei in immer weiter steigenden Mengen eingesetzt. So auch bei der auf der Innenseite des Titelblatts abgebildeten Stonecutters-Brücke, bei der Bewehrungsstäbe und Bleche aus Edelstahl Rostfrei der Sorte UNS S32205 verwendet wurden. Obwohl Bewehrungen aus Edelstahl Rostfrei teurer als solche aus Kohlenstoffstahl sind, lässt sich deren selektive Verwendung finanziell rechtfertigen, wenn man die gesamten Instandhaltungskosten über die Lebensdauer des Bauwerks hinweg berücksichtigt. In Edmonton, der Hauptstadt der kanadischen Provinz Alberta, mit einer Einwohnerzahl des Ballungsraumes von mehr als einer Million befindet sich gerade ein neuer Stadtring in seiner letzten Bauphase. Das Northeast Anthony Henday Drive genannte sechs- oder achtspurige Teilstück hat eine Länge von 27 Kilometern. Der Winter setzt den Straßen in Edmonton besonders hart zu. Die durchschnittliche Tagestemperatur im Januar beträgt -10,4 C und der jährliche Schneefall etwa 124 cm. Große Mengen Streusalz, sowohl Natrium- als auch das stärker korrosive Calciumchlorid, werden eingesetzt, um die Straßen weitestgehend eisfrei zu halten. Im Jahr 2011 wurde zu Versuchszwecken Edelstahl Rostfrei der Sorte S32304 für einen Verkehrsknotenpunkt des Stadtringes spezifiziert. Der Erfolg dieses Projektes führte zur Spezifizierung von zirka Tonnen Bewehrungsstahl aus S32304 für einen Hauptteil dieses neuen Bauabschnitts. Vielleicht wird in etwa 75 Jahren eine Lebenszyklusanalyse an einer dieser Brücken in Edmonton vorgenommen, die keinen Zweifel daran lassen wird, dass die verantwortlichen Ingenieure die richtige Entscheidung getroffen haben. ISTOCK PHOTO WONGANAN 4 AKTUELLE ANWENDUNGEN nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

5 TRANSPARENZ von Ni EIN SONDER-LEITARTIKEL ÜBER DEN LEBENSZYKLUS VON NICKEL Lebenszyklus im Einzelnen Lebenszyklus ist ein häufig gebrauchter Ausdruck, jedoch muss man deutlich zwischen Lebenszyklus im wirtschaftlichen Sinne (Lebenszykluskostenanalyse) und Lebenszyklus unter Umweltgesichtspunkten (Ökobilanz) unterscheiden. Die größte Aufmerksamkeit seitens Wissenschaft, Politik, Marketing und Regulierungsbehörden hat in den letzten Jahrzehnten der Umweltaspekt des Lebenszyklus von Produkten und Verfahren erlangt. Dieser umfasst Ausdrücke wie lebenszyklusumfassende Betrachtung, Lebenszyklusmanagement und die Lebenszyklusanalyse (Ökobilanz) selbst, die sich aus der Sachbilanz und der Wirkungsabschätzung zusammensetzt. Diese sind in der weithin befolgten ISO-Normenreihe (Internationale Organisation für Normung) formalisiert. Die Sachbilanz Die Grundlage einer Ökobilanz ist das Vorliegen von Daten. Diese werden in der Sachbilanz erhoben. Die Sachbilanz stellt den Einsatz von Energie, Materialien und Umweltressourcen dar, die zur Erzeugung einer Einheit von irgendetwas benötigt werden. Auf Grundlage der Sachbilanz kann dann eine Wirkungsabschätzung vorgenommen werden. Wie der Name schon besagt, werden bei der Wirkungsabschätzung die Maßzahlen der Sachbilanz herangezogen, auf deren Grundlage versucht wird, die Auswirkungen auf die Umwelt wie beispielsweise Ozonabbaupotential, Eutrophierungspotential (die Reaktion des Ökosystems auf die Zugabe künstlicher oder natürlicher Stoffe zu einem aquatischen System) und Treibhauspotential zu ermitteln. Anders als die Sachbilanz, bei der die Maßzahlen aus wirklichen Messungen stammen, werden die Wirkungsabschätzungen aus Modellen hergeleitet. Lebenszyklusanalyse Wenn die Maßzahlen einer Sachbilanz und die Modellierung einer Wirkungsabschätzung kombiniert werden, um zwei ähnliche Produkte zu vergleichen, ist das Ergebnis eine produktbezogene Lebenszyklusanalyse. Obwohl in dem Beispiel der Lebenszyklusanalyse der Progeso-Pier auf Seite 7 kein entsprechendes Bauwerk existiert, mit der sie verglichen werden könnte, ist es möglich und zulässig, ein Was wäre wenn? - Szenarium unter Verwendung unterschiedlicher Parameter zu entwerfen. Dies wurde in diesem Fall gemacht, und der einzige geänderte Parameter war der Ersatz der tatsächlich zur Konstruktion der Pier benutzten Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei durch eine modellierte Bewehrung aus Kohlenstoffstahl. Die Durchleuchtung von Nickel aktualisiertes und verbessertes Wissen über Nickel Jede Ausgabe des Nickel Magazine liefert Beispiele dafür, wie die Verwendung von Nickel durch dessen elektrische, magnetische, katalytische, Formgedächtnis- und anderer Eigenschaften, die zurzeit noch untersucht werden, zu Festigkeit, Haltbarkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen und darauf beruhenden Technologien beiträgt. In allen Fällen macht Nickel den Unterschied aus: Es verringert Emissionen, erhöht die Energieeffizienz, verlängert die Produktlebenszeit und lässt sich ohne Verlust seiner grundlegenden Eigenschaften wiederverwerten. Allerdings fordern Regierungen und Verbraucher die Industrie zunehmend auf, das vollständige Umweltprofil ihrer Erzeugnisse und Dienstleistungen aufzuzeigen. Der Nutzen dieser Erzeugnisse und Dienstleistungen wird gut vermittelt, doch wie verhält es sich mit den Umweltressourcen Land, Wasser, Luft, biologische Vielfalt, die durch deren Erzeugung, Verwendung und Entsorgung betroffen werden? Regierungen und Verbraucher fordern die Industrie zunehmend auf, das vollständige Umweltprofil ihrer Erzeugnisse und Dienstleistungen aufzuzeigen. Regierungen und Verbraucher fordern die Industrie zunehmend auf, das vollständige Umweltprofil ihrer Erzeugnisse und Dienstleistungen aufzuzeigen. Während die Nickelindustrie kontinuierlich danach strebt, Emissionen zu senken und die Energieeffizienz zu steigern, ist die Herstellung von Metallen ins Blickfeld geraten und zieht die Aufmerksamkeit seitens Politik und Gesellschaft auf sich. Um auf diese Aufmerksamkeit zu reagieren und die beste Wahl zwischen konkurrierenden Werkstoffen oder Produkten zu treffen, ist es erforderlich, den gesamten Einsatz von Ressourcen längs des Weges zu berücksichtigen und zu messen. Das ist die Aufgabe der Sachbilanz. Und diese Informationen über die Herstellung von metallischem Nickel und Ferronickel sind jüngst aktualisiert und verbessert worden. Die zweite Sachbilanz für Nickel Die erste umfassende Sachbilanz wurde 2000 vom Nickel Institute fertiggestellt. In der von PwC/Ecobilan durchgeführten Studie wurden die Stoffströme und Umwelt- und Energieanforderungen untersucht, die benötigt werden, um Nickel dem Erdboden zu entnehmen und bis zu dem Punkt zu verarbeiten, an dem es in verschiedenen Formen in anderen industriellen Verfahren nutzbar ist. Damals wie heute war dies in erster Linie als Legierungselement in der Herstellung rostfreier Edelstähle. Seitdem ist einige Zeit vergangen, und was im zweiten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts abgebaut und wie es verarbeitet wird, hat sich geändert (Prozesswege siehe Seite 6). Die soeben von PE International abgeschlossene Studie zeigt, dass die Änderungen bei den beiden wichtigsten Nickelprodukten, metallisches Nickel und Ferronickel, im Hinblick auf die Umweltauswirkungen zum Besseren waren. Die Sachbilanz war ein komplexes und anspruchsvolles Projekt. Anders als die meisten anderen Metalle findet man Nickelerze in unterschiedlichen geologischen Formationen, in variierenden mineralogischen Formen, in unterschiedlichen Tiefen, mit schwankenden Gehalten an Nickel nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL 5

6 und häufig mit unterschiedlichen Begleitmetallen. In Abhängigkeit von diesen Variablen werden unterschiedliche Verarbeitungstechniken angewandt, die unterschiedliche Quoten der Metallrückgewinnung erzielen. Die Fülle oder der Mangel an Wasser kann sich dabei auswirken, und die Gegenwart oder Abwesenheit von Nebenprodukten (wie beispielsweise Schwefelsäure) muss mitberücksichtigt werden. Überdies kommt die dazu erforderliche Energie aus sehr unterschiedlichen Quellen wie Wärme, Kern- und Wasserkraft. Anwendung der Sachbilanz Heute verfügen wir über ein aktualisiertes und solides Verständnis dessen, was zur Erzeugung von Nickel nötig ist. Dies vermittelt den Erzeugern von Nickel Erkenntnisse, die sie bei ihrem kontinuierlichen Bestreben, Emissionen zu senken und Rückgewinnungs- und Energieeffizienzen zu erhöhen, anwenden können. Nachgeschaltete Anwender können ihre eigenen Lebenszyklusanalysen mit größerem Vertrauen in die grundlegenden Daten von Nickelmaterialien durchführen. Regierungen und alle Interessengruppen können stärker auf die Vorzüge von nickelhaltigen Werkstoffen und Produkten in der Gesellschaft vertrauen. Die Sachbilanz hat die fachliche Prüfung bereits bestanden, und weitere Informationen dazu und wie man auf den vollständigen Bericht zugreifen kann, sind auf der Website des Nickel Institute verfügbar. Von der Wiege bis zum Fabriktor Betriebsstoffe Elektrizität Brennstoffe Materialien Sulfidisches Erz Aufbereitung Primärgewinnung Raffination Hochreines metallisches Nickel Koppelprodukte Nebenprodukte Ressourcen Prozesskette Erzabbau Tagebau Untertagebau Erzaufbereitung Primärgewinnung Ferronickel Oxidisches Erz Emissionen Abfall PE INTERNATIONAL Warum ist die lebenszyklusumfassende Betrachtung wichtig? Für Regierungen und die Zivilgesellschaft sind die Zusammenhänge zwischen der Versorgung mit Rohstoffen, der Lebensqualität und der Umwelt nicht immer deutlich erkennbar. Die Auswirkungen der Produktion sind gut erkennbar; weniger leicht ist es jedoch, die Beiträge zu verstehen, die diese Produktion ermöglicht. An dieser Stelle hilft die lebenszyklusumfassende Betrachtung, indem sie die Zusammenhänge liefert, ausweitet und verständlich macht. Sie stellt sicher, dass das Gesamtbild erfasst wird, und hilft Regierungen, der Industrie und den Verbrauchern, zu Bestimmungen, Werkstoffauswahl und Entscheidungen über das Design zu gelangen, die die Nachhaltigkeit am besten unterstützen. Warum ist es kompliziert? Nickelerze können oxidisch oder sulfidisch sein. Sie können im Tage- oder Untertagebau abgebaut werden. Zudem gibt es eine Vielfalt an hydrometallurgischen und pyrometallurgischen Verfahrenswegen, die ausgewählt und angepasst werden, um den metallurgischen und wirtschaftlichen Nutzeffekt der Extraktion unterschiedlicher Erze zu optimieren. Primäre Extraktion DON-Schwebeschmelzen (direktes Nickel-Schwebeschmelzen) Lichtbogenofen Saure Hochdrucklaugung (HPAL) Schwebeschmelzofen Raffination Ammoniak-HPAL-Reduktion Elektrolytische Extraktion (Chlorid und Sulfid) Hydrosulfid-Raffination Pyrometallurgische Raffination Erdgasreformierung Verdampfung Laugung (biologisch oder sauer) Was wurde gemessen? (Hauptkategorien) Nickelhaltige Erze Energie (Elektrizität) Energie (Brennstoffe) Nickelkonzentrate Metallische Emissionen in die Luft Anorganische Emissionen in die Luft Organische Emissionen in die Luft Partikelemissionen in die Luft Metallische Emissionen in Wasser Anorganische Emissionen in Wasser Was wurde berechnet? Treibhauspotential Versauerung Eutrophierung Photochemische Ozonbildung Primärenergiebedarf 6 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

7 PIER- REVIEW In einer neuen ISO-gemäßen, von Fachleuten geprüften Ökobilanz wird der mit einer Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei gebaute Progreso- Pier mit einem modellierten alternativen Entwurf verglichen, der mit Ausnahme des Ersatzes durch Bewehrungsstäbe aus Stahl in jeder Hinsicht identisch ist. Die Modellierung und der Vergleich der Piers zeigen sowohl den umweltbezogenen als auch den wirtschaftlichen Nutzen der Verwendung von Edelstahl-Rostfrei-Bewehrung über den gesamten Lebenszyklus hinweg auf. Während der alternative Entwurf regelmäßig saniert und wiederhergestellt werden muss, werden an dem bestehenden Progreso-Pier nur geringfügige Instandhaltungsarbeiten durchgeführt. Sie steht weiterhin in Dienst, und es wird erwartet, dass sie dies weit über das Jahr 2020 hinaus, dem Grenzdatum der Studie, sein wird. In Abhängigkeit von dem gewählten Diskontsatz wird zu ähnlichen oder erheblich geringeren Kosten ein bedeutender Nutzen für die Umwelt erzielt. DER ENTSCHEIDENDE UNTERSCHIED DURCH EDELSTAHL ROSTFREI Die in den späten 1930er-Jahren getroffene Entscheidung, eine Bewehrung aus nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei (UNS S30400) zum Bau eines Piers im Ozean zu verwenden, war ebenso ungewöhnlich wie die Größe und Länge des Bauwerks. Doch haben sich sowohl diese Entscheidung als auch der Pier bewährt. Bereits damals verstand man die technischen Gründe dafür recht gut. Es handelte sich um eine Umgebung, in der der gesamte Oberflächenbereich Chloriden ausgesetzt sein würde, weil sie entweder unter Wasser oder in Spritzwasserzonen lag oder dem windgetragenen Sprühnebel ausgesetzt war. Chloride würden im Laufe der Zeit in den Beton eindringen. Bewehrungsstäbe aus Stahl würden zu rosten beginnen, und der Rost würde Risse im Beton verursachen und die Eindringtiefe von Chloridionen und die Korrosionsgeschwindigkeit vergrößern. Nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei andererseits würde erhöhte Festigkeit schaffen und gleichzeitig die Korrosionsgeschwindigkeit stark herabsetzen. Angesichts der vorgesehenen Nutzungsdauer des Bauwerks eigentlich unbegrenzt, denn der Bedarf an einer Pier würde ja nicht entfallen spürten die Konstrukteure deutlich, dass die Verwendung einer Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei gerechtfertigt war. Heute, nach 73 Jahren Nutzungsdauer, können die wirtschaftlichen und umweltbezogenen Vorteile in Zahlen ausgedrückt werden. Eine vergleichende Ökobilanz Es gibt nur einen Progreso-Pier und somit kein anderes Bauwerk, mit dem ihre wirtschaftlichen und umweltbezogenen Eigenschaften verglichen werden könnten. Es ist jedoch zulässig, den bestehenden Progreso-Pier mit einem modellierten Pier zu vergleichen, deren einziger Unterschied der Ersatz der Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei durch eine Bewehrung aus Stahl ist. Von diesem Ansatz gingen die Berater, PE International, aus. Er ermöglichte die sichere Anwendung bewährter technischer Konstruktionspläne, weil alle Schlüsselparameter des Bauwerks Alter, Standort, Nutzung, klimatisches Umfeld mit Ausnahme einer einzigen Werkstoffsubstitution an einer Strukturkomponente genau dieselben waren. Dies beseitigt alle Randbetrachtungen und ermöglicht einen fokussierten Vergleich des Verhaltens der tatsächlich konstruierten Pier mit demjenigen der wohlverstandenen und vertrauten Alternative Kohlenstoffstahl. Die Ökobilanz selbst entspricht der ISO-Normenreihe 14040, in der die Durchführung von Ökobilanz festgelegt ist. Der vollständige Bericht ist erhältlich unter AUS WIKIMEDIA COMMONS nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL 7

8 AUS WIKIMEDIA COMMONS Über den von der Lebenszyklusanalyse erfassten Zeitraum von 79 Jahren hinweg (bis 2020) sind die Lebenszykluskosten der billigen alternativen Konstruktion 44 % höher als die Kosten der bestehenden Progreso-Pier. Über den von der Ökobilanz erfassten Zeitraum von 79 Jahren hinweg (bis 2020) sind die Lebenszykluskosten der billigen alternativen Konstruktion 44 % höher als die Kosten des bestehenden Progreso-Pier. Darstellung der wirtschaftlichen Unterschiede Die Materialkosten wären bei einem Bau des Progreso-Pier unter Verwendung von Bewehrungsstäben aus Stahl anstelle von Edelstahl Rostfrei im Jahr 1941 um zirka 14 % geringer gewesen. Die Bilanz verschiebt sich jedoch, sobald Kosten für Instandhaltung, Sanierung und Wiederaufbau entstehen. Tabelle 1: Lebenszykluskosten des alternativen Entwurfs Jahr Vorgang Gegenwärtige Nettokosten (1941, US$) Anfängliche US$ Materialkosten Instandhaltung US$ Instandhaltung US$ Instandhaltung US$ Wiederaufbau US$ Instandhaltung US$ Instandhaltung US$ Restwert US$ Gesamt US$ Tabelle 2: Lebenszykluskosten de bestehenden Progreso-Pier Jahr Vorgang Gegenwärtige Nettokosten (1941, US$) Anfängliche US$ Materialkosten Instandhaltung US$ Instandhaltung US$ Instandhaltung US$ Restwert US$ Gesamt US$ r Die Zeitplanung der Reparaturen und die Lebenszykluskosten fallen deutlich zugunsten von Edelstahl Rostfrei aus. Der Restwert gibt die vorsichtige Natur der Annahmen für die bestehende Pier und von weiteren 23 Jahren Nutzungsdauer (bis 2041) für den alternativen Entwurf infolge der im Modell vorgesehenen völligen Neuerrichtung 1991 wieder. Alle Dollarbeträge beziehen sich auf das Jahr 1941 und spiegeln Berichtigungen für Inflation und Diskontsätze wider, die sich in dem vollständigen Bericht finden. Darstellung der umweltbezogenen Unterschiede Den Umweltauswirkungen Maßzahlen zuzuordnen, ist schwieriger als eine Inflationsbereinigung. Jedoch wurde die Methodik im Laufe der Jahre verbessert, und das gewöhnliche Endprodukt der Methodik der Lebenszyklusanalyse ist die Wirkungsabschätzung. Bei dem bestehenden Progreso-Pier und dem alternativen Entwurf zeigt sich der mit einer Bewehrung aus nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei verbundene umweltbezogene Nutzen früher als der wirtschaftliche Nutzen; zudem ist er größer. In Diagramm 1 ist der bestehenden Progreso-Pier der Wert 100 zugeordnet. Es veranschaulicht das Ausmaß, in dem der alternative Entwurf die Umweltauswirkungen übersteigt von 18 % (Ozonabbau) bis 71 % (Bedarf an Primärenergie). Über den bilanzierten Zeitraum von 79 Jahren hinweg (bis 2020) betragen die gesamten Lebenszykluskosten der billigen alternativen Konstruktion US$ im Vergleich zu US$ des wirklichen Progreso-Piers um 44 % höher. Und der wirtschaftliche Vorteil des wirklichen Bauwerks ist bereits Fakt und wird im Laufe der Zeit nur noch zunehmen. Diagramm 1: Auswirkung im Verhältnis zum bestehenden Bauwerk 200 % 150 % 100 % 50 % Bestehende Konstruktion Alternativer Entwurf VP EP TP OAP PPO PEB VP Versauerungspotential EP Eutrophierungspotential TP Treibhauspotential OAP Ozonabbaupotential PPO Potential für photochemische Ozonbildung PEB Primärenergiebedarf Diagramm 2 unten zeigt zwei wichtige Sachverhalte beim Treibhauspotential: erstens die überwältigende Bedeutung von Zement/Beton für die Gesamtauswirkung und zweitens den kleinen Unterschied (ca. 3 %), den die Wahl von Edelstahl Rostfrei anstelle von Stahl insgesamt ausmacht. Dieser Unterschied verschwindet bei der ersten Instandhaltung der alternativen Struktur nach zehn Jahren, wonach sich der Nutzen akkumuliert. Diagramm 2: Treibhauspotential Beton Bewehrung Bestehende Konstruktion Alternativer Entwurf Beton Bewehrung Treibhauspotential (TP) [Mg CO 2 -Äq] r Die beiden Piers im Jahr Der Abstand bei dem Treibhauspotential zwischen den beiden Bauwerken verschwindet bei der ersten Instandhaltung des alternativen Entwurfs nach zehn Jahren. Von da an wächst der Nutzen der bestehenden Progreso-Pier.. Eine Pier für die Ewigkeit Die Ökobilanz des Progreso-Pier zeigt bedeutende finanzielle und umweltbezogene Vorteile auf, die sich aus einer vor mehr als 75 Jahren getroffenen Entscheidung zur Verwendung von nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei ergeben. Es wurde und wird weiterhin weniger Kalkstein abgebaut, weniger Gestein gebrochen, um Zuschlagstoffe herzustellen, weniger Stahl von anderen Anwendungen abgezweigt, weniger Chemikalien in Betonmischungen verwendet, um die Bewehrungsstäbe aus Stahl vor dem unvermeidbaren Angriff von Chlorid zu schützen, und es kommt zu weniger Unterbrechungen des Betriebs aufgrund der verringerten Notwendigkeit von Reparaturen, Austausch oder Sanierung. Kapital, Arbeit und Materialien, die erforderlich gewesen wären, um ein einzelnes Stück Infrastruktur über die Jahrzehnte hinweg in Dienst zu halten, waren für andere nationale und industrielle Entwicklung verfügbar. Und der Ausgang der Geschichte ist immer noch offen, denn der Pier steht trotz ständiger industrieller Nutzung und Klima- und Umweltextremen weiterhin in Dienst. Die Progreso-Pier war im wirtschaftlichen und umweltbezogenen Sinne ein gutes Geschäft für die Bewohner der Halbinsel Yukatan. PE INTERNATIONAL 8 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

9 NICKEL INSTITUTE AUS WIKIMEDIA COMMONS r Oben: 1969 wurde längs des dauerhaften Progreso-Piers von 1941 (rechts) eine viel kleinerer Pier (links) unter Verwendung von Bewehrungsstäben aus Stahl gebaut. Der 1969 gebaute Pier hat sich nicht bewährt. r Unten: Obwohl sie sich praktischerweise direkt nebeneinander befanden und der gleichen aggressiven Umgebung aus Salzwasser, hoher Feuchtigkeit und extremen Temperaturen (und gelegentlichen Stürmen und Wellen in Hurrikanstärke) ausgesetzt waren, führten Unterschiede in Konstruktion und Funktion dazu, dass dieser kleinere, namenlose Pier für einen Vergleich mit dem Progreso-Pier ungeeignet war. Der Ansatz des alternativen Entwurfs ermöglichte die totale Kontrolle von Form und Funktion mit nur einer einzigen und entscheidenden Variablen: dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei. nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL 9

10 Bruttoinlandsprodukt (BIP) und Nutzeffekt Was wäre, wenn bei der Progreso-Pier Stahl anstelle von Edelstahl Rostfrei für die Bewehrung benutzt worden wäre? Das Bruttoinlandsprodukt (BIP) Mexikos hätte den wiederholten Bau und Reparaturen eines Piers mit Bewehrung aus Stahl als eine positive wirtschaftliche Aktivität verzeichnet. Mit solchen Aktivitäten wären zusätzlicher bergmännische Gewinnung, die Herstellung von Zement und Bewehrungsstäben, Transport, Deponierung von Schutt sowie die gesamte Beschäftigung und Löhne verbunden, die alle zum Wachstum von Mexikos BIP beigetragen hätten. Diese Eigentümlichkeit, dass im BIP Korrosionsschäden als wirtschaftlich positiv verzeichnet werden, bedeutet nicht, dass die aus finanziellen und umweltbezogenen Gründen getroffene Wahl einer Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei im Jahr 1941 die Wirtschaft Mexikos beeinträchtigt hat. Vielmehr bedeutet sie, dass die Ressourcen aller Art, die benötigt worden wären, um einen Pier zu unterhalten, die unter Verwendung von Bewehrungsstäben aus Stahl gebaut worden wäre, für andere Projekte, wie z.b. der 1980 durchgeführten Verlängerung der Pier um 4,4 km, zur Verfügung gestanden haben. s Schrott kann in vielen Formen anfallen. Dieses hier ist Neuschrott: Nachdem die gewünschten Formen aus dem Blech ausgestanzt wurden, werden die Reste zurückgeführt und zu neuen Blechen verarbeitet. Die andere bedeutende Quelle an Schrott stellen Altmaterialien dar. Hier wird alles von Töpfen und Pfannen bis zu Turbinenschaufeln zu neuem Edelstahl Rostfrei verarbeitet. SATELLITENBILDER MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON GOOGLE MAPS WO LIEGT PROGRESO? Progreso ist eine Hafenstadt des mexikanischen Bundesstaates Yukatan, und sein von einer Erdumlaufbahn sichtbarer Pier ist weltweit der längste. Die Notwendigkeit dieser Länge ist durch die geologischen Verhältnisse bestimmt. Das Kalksteinschelf, das die Halbinsel Yukatan bildet, geht unter solch einem kleinen Neigungswinkel vom Land ins Meer über, dass die Wassertiefe erst nach einigen Kilometern groß genug ist, damit Frachtschiffe anlegen können. Die Länge der ursprünglichen, 1941 gebauten Konstruktion betrug 2,1 Kilometer. An dieser Konstruktion wurde die Ökobilanz vorgenommen. Aufgrund der zunehmenden wirtschaftlichen Aktivität (einschließlich großer Kreuzfahrtschiffe) und des zunehmenden Tiefganges von Fracht- und Containerschiffen wurde der Pier in den 1980er-Jahren auf ihre gegenwärtige Länge von 6,5 km erweitert. r Links: Die Campeche-Bank, die den Progreso-Pier erforderlich macht. r Rechts: Der heutige Pier (eingekreist die ursprüngliche Pier von 1941) 10 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

11 Der gesamte Lebenszyklus Wie Nickel erneut von Nutzen ist FOTOS MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON OUTOKUMPU Nickel kann auf vielerlei Weise rezykliert werden. Auch in Batterien verwendetes Nickel, früher überwiegend Nickel-Cadmium- (NiCd), jedoch immer mehr Nickel-Metallhydrid- (NiMH) und nickelhaltige Lithium-Ionen-Batterien, leistet ihren Beitrag. Zudem finden einige nickelhaltige Materialien wie verbrauchte Nickelkatalysatoren ihren Weg zurück in die Nickelhütten. Jedoch wird beim unverzichtbaren Recycling von Nickel dieses nicht als Nickel selbst zurückgewonnen. Die bei weitem häufigste Weise des Nickel-Recyclings ist aus Gründen des Umweltschutzes und der Wirtschaftlichkeit das Einschmelzen von Edelstahl-Rostfrei-Schrott zur Herstellung von neuem Edelstahl Rostfrei mit unvermindert guten Eigenschaften. Das Beispiel Outokumpu Die Herstellung von Edelstahl Rostfrei findet in einer globale Industrie statt. Während es Unterschiede gibt, wie sie durchgeführt wird, ist der Ausgangspunkt das Einschmelzen der Einsatzstoffe in Lichtbogenöfen immer der gleiche. Einer der größten Produzenten austenitischer (nickelhaltiger) rostfreier Edelstähle ist die finnische Outokumpu-Gruppe mit Produktionsstätten in China, Finnland, Deutschland, Mexiko, Schweden, UK und USA. Im Jahr 2012 erzeugte die Gruppe 2,2 Millionen Tonnen (rund 10 % des weltweiten nickelhaltigen Edelstahl Rostfrei). Diese Stähle machen mehr als 80 % der Gesamtproduktion von Outokumpu aus. Die Outokumpu-Gruppe ist daher ein ausgezeichnetes Beispiel für einen Wiederverwerter von Nickel. Die Fähigkeit eines jeden Produzenten von Edelstahl Rostfrei, Nickel zu rezyklieren, hängt von der Verfügbarkeit (und den Kosten) geeigneter Zufuhrmaterialien für seine Schmelzöfen ab. Dabei gibt es bedeutende geographische Unterschiede. Für Produzenten in Europa oder Nordamerika, d. h. Gebieten mit einer langen Geschichte der Verwendung von Edelstahl Rostfrei, stehen ausreichende Vorräte an Altschrott zur Verfügung. Für Outokumpu bedeutet dies, dass etwa 80 % des Materials, das den Schmelzöfen zugeführt wird, Schrott aus Edelstahl Rostfrei und Stahl ist. Rezyklatanteil In anderen Teilen der Welt, die nicht über solche Vorräte an Schrott verfügen, kann diese Zahl erheblich kleiner sein. Daher liegt der globale Durchschnitt des Rezyklatanteils näher bei 60 %. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Begrenzung des Rezyklatanteils durch die Verfügbarkeit von Schrott bedingt ist. Während eine Getränkedose aus Aluminium einen Lebenszyklus von 6 Monaten aufweisen kann, kann ein Produkt aus Edelstahl Rostfrei durchaus eine Nutzungsdauer von 60 Jahren haben. Das Material wird zurückkommen; die Wartezeit jedoch, während der der Edelstahl Rostfrei in Dienst steht, kann in Dekaden gemessen werden. In der Zwischenzeit nimmt der Bedarf an Edelstahl Rostfrei aufgrund seiner Werkstoff- und Umwelteigenschaften weiter zu. Es wird erwartet, dass der Rezyklatanteil rostfreier Edelstähle im Laufe der Zeit zunehmen wird. Wichtig ist jedoch die Tatsache, dass die Beschränkung nicht umweltbezogen oder technisch bedingt ist. Es ist der Mangel an Vorräten. Das Zusammenspiel von Bedarf an Edelstahl Rostfrei und der Verfügbarkeit von Schrott wird von der Forschungsarbeit der Yale University Stocks and Flows (Bestände und Ströme) (siehe Seite 12) veranschaulicht. Ni r Im Vordergrund ist das Material für die nächste Schmelze von Edelstahl Rostfrei zu sehen. Es besteht hauptsächlich aus Schrott, jedoch mit verschiedenen Zuschlägen, um die Bestandteile abzugleichen und sicherzustellen, dass der resultierende Edelstahl Rostfrei den Spezifikationen entspricht. Der Weg zur Rückgewinnung Von den kleinsten Dörfern und Gemeinden bis zu den größten Städten ist das Sammeln, Sortieren, Zusammenführen und Aufbereiten von metallischen Materialien zum Recycling ein einträgliches Geschäft, das weltweit Millionen Menschen Arbeit gibt. Und nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei ist wertvoll und sehr gefragt: Etwa 90 % des Edelstahl Rostfrei, der für das Recycling verfügbar wird, wird gesammelt und wiederverwertet. Die Sortierung ist der Schlüssel zur Wertschöpfung. Die meisten nickelhaltigen rostfreien Edelstähle sind nicht magnetisch und lassen sich daher leicht von den anderen rostfreien Edelstählen und Kohlenstoffstählen abtrennen. Weiter entlang der Kette gibt es größere Firmen, die diese Kleinmengen zusammenführen, weitergehende Sortierung vornehmen und an globale Unternehmen verkaufen. Große oder sperrige Teile werden zerkleinert, gepresst und in leicht zu transportierende Formen gebracht. Der Edelstahl-Rostfrei-Schrott wird geschmolzen und zu neuem Edelstahl Rostfrei gegossen. Neuer Edelstahl Rostfrei besteht aus etwa 60 % rezykliertem Material. Die Einsparungen je Tonne Edelstahl Rostfrei betragen: kg Eisenerz,. 55 kg Kalkstein,. 100 kg Chrom,. 45 kg Nickel; der Energiebedarf ist um ein Drittel reduziert. nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL 11

12 VOM PRODUKT ZUM ROHSTOFF Schaffung einer Wissensbasis für die Debatte über die Rohstoffe von morgen Wo sind die Rohstoffe von morgen? Wo sind die Materialien, die kommenden Generationen die Versorgung mit Nahrungsmitteln und ein Dach über dem Kopf garantieren werden? Oder wird die Technologie alle Antworten liefern und Sorgen über begrenzte Rohstoffquellen überflüssig machen? In beiden Lagern der Debatte wird spekuliert und übertrieben. Daher können wirkungsvoll vorgebrachte umfassende Lebenszyklusdaten unangebrachte Ängste oder Gleichgültigkeit in ihre Schranken verweisen. Daten ermöglichen, die Verfügbarkeit von Metallen und die Aufstellung messbarer Ziele für deren Rückgewinnung sachgerecht zu untersuchen. Sie werden natürlich auch die Aufmerksamkeit auf die bevorstehenden Herausforderungen lenken; dies jedoch in einer Umgebung, die reich an Daten ist. Und es gibt Fortschritte. Einen großen Beitrag leistet die Initiative Stocks and Flows (Bestände und Stoffströme), abgekürzt STAF, des Yale Center for Industrial Ecology. Seit 2000 haben die STAF-Forscher mit Unterstützung durch Regierungen und der Industrie einschließlich der Nickelindustrie Methoden entworfen, konstruiert und verfeinert, die mit dem Weg von Metallen in Zusammenhang stehen, ausgehend von ihren geologischen Lagerstätten (Abbau) bis zu ihrer Verwendung in der Gesellschaft, ihrem Lebensende und ihrer letztendlichen Wiederverwendung durch Recycling. Am wichtigsten dabei ist, dass die Forschungsarbeiten zu STAF nicht einfach nur modellieren, welche Wege Metalle nehmen, sondern auch wie groß die Metallströme sind, wie lange sie in Gebrauch sind (d. h. die Bestände von Metallen in der Gesellschaft) und wie viel in den Gebrauch zurückkehrt (durch Sammlung und Recycling). Gleichzeitig zeigen die Daten, wo und in welchem Ausmaß Metall verlorengeht und für eine weitere Verwendung nicht mehr zur Verfügung steht. Das Beispiel Nickel Nickel ist bekanntermaßen ein unerlässlicher Bestandteil einer gesunden und leistungsfähigen Gesellschaft. Es bietet Festigkeit, Duktilität (Formbarkeit), Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit: Die am besten bekannten nickelhaltigen Produkte sind die höheren Güteklassen von Edelstahl Rostfrei. Die katalytischen und elektrochemischen Eigenschaften von Nickel sind von zunehmender Bedeutung. Mehrere Batterievarianten einschließlich vieler vom Lithiumionen-Typ enthalten Nickel als eine wesentliche Komponente. Aber Nickel ist kein erneuerbarer Rohstoff. Allerdings wird es während seiner Verwendung auch nicht verbraucht, sodass die Gesamtmenge an verfügbarem Nickel sich nicht ändern wird. Was sich aufgrund der Aktivität des Menschen ändert, ist, wo Nickel sich befindet, in welcher Form es vorliegt und wie leicht oder schwierig seine Rückgewinnung für zukünftigen Gebrauch ist. Wo also kommt all dieses Nickel her? Und wo geht es hin? Wann wird es zur Sammlung und erneuten Verarbeitung zur Verfügung stehen? In welchem Ausmaß erfolgt dies? STAF stellt den Rahmen bereit, der die zur Beantwortung dieser Fragen notwendige Disziplin und Maßzahlen liefert. Die Diagramme auf der gegenüberliegenden Seite geben die globalen Ströme von Nickel durch die Gesellschaft mengenmäßig an, vom Bergbau bis zum Recycling. Sie fassen die zugrunde liegenden Nickelzyklen aller Hauptökonomien der Welt zusammen und veranschaulichen mitunter deutliche Unterschiede. Beispielsweise ist in den USA der Abbau von Nickel historisch eher unbedeutend. Da sich aber in diesem fortschrittlichen Wirtschaftsraum große Bestände an nickelhaltigen Materialien angesammelt haben, leistet er heute einen bedeutenden Beitrag zu dem jährlichen weltweiten Bedarf an Nickel. Im Gegensatz dazu beginnt in China gerade erst die Phase der Akkumulation. In dem Maße, in dem sich die Gesellschaften der Bedeutung der Effizienz und der Endlichkeit unserer Rohstoffquellen immer bewusster werden, werden die Eigenschaften von Nickel immer gefragter. Die von STAF bereitgestellten analytischen Werkzeuge helfen zu messen und aufzuspüren, wo wir nach dem Nickel von morgen suchen werden, um diesen Bedarf zu stillen. Und zunehmend werden die in der Gesellschaft akkumulierten Bestände die Bergwerke von morgen sein. Weitere Informationen zu STAF und allen untersuchten Metallen finden Sie unter Seit mehr als einem Jahrzehnt ist Dr. Barbara Reck mit den Forschungsarbeiten zu Stocks and Flows (Bestände und Stoffsröme) von Metallen der Yale University verbunden und die Hauptforscherin hinsichtlich Nickel. Das Nickel Magazine hat ihr einige grundlegende Fragen gestellt: NM: Warum ist die Forschungsarbeit Stocks and Flows wichtig? Barbara Reck: Unsere Arbeit drückt in Zahlen aus, was die meisten Menschen intuitiv verstehen: dass die Rückgewinnung wertvoller Werkstoffe wie Metalle am Lebensende von Produkten eine wichtige Quelle für die zukünftige Versorgung mit Metallen ist. NM: Sie sagen, dass sie wichtig ist, aber für wen? BR: Für Regierungen, Unternehmen und Gemeinschaften: Sie alle müssen verstehen, warum sie etwas tun und wie dies zu Buche schlägt. Wie geht man bei etwas vor, das man intuitiv versteht? Wie vermittelt man den Gesellschaften, wie wichtig es ist? Wie rechtfertigt eine Regierung oder Regulierungsbehörde Bestimmungen, die eine stärkere Schonung von Metallen stimulieren oder erzwingen? Und ganz wichtig: Wie entwickelt man ein Geschäftsszenario, um diese sehr großen Ansammlungen von Metallen in der Gesellschaft zu nutzen? Solche Fragen benötigen Kennzahlen, und jetzt stellen wir Methodiken und Zahlen bereit, die Vertrauen für Entscheidungen schaffen und unterstützen. NM: Ihre Arbeit ist also beendet? BR: Die Arbeit war ein sehr guter Anfang, und andere außerhalb von Yale greifen sie nun auf und wenden die gelernten Lektionen an. Die Arbeit ist noch nicht beendet, doch es gibt jetzt eine enorme Wissensbasis, die es so in einer nutzbaren Form früher nicht gab. NM: Warum sprechen wir gerade mit Ihnen über Nickel und nicht mit jemand anderem? BR: Ich hatte einfach nur Glück. Die Verpflichtung zur Bereitstellung von Geldmitteln seitens des Nickel Institute erfolgte, kurz nachdem ich nach Yale gekommen war, und ich stand für die Arbeit zur Verfügung. Es war eine steile Lernkurve, doch sie war vom persönlichen und beruflichen Standpunkt aus sehr bereichernd. DR. BARBARA RECK 12 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014

13 Erläuterungen zu Stocks and Flows Der äußere Ring bildet die Grenze des Systems, innerhalb dessen der Abbau, die Raffinierung, Erzeugung, Verwendung und Wiederverwertung von Nickel erfolgt. Bodenschätze, die nicht aktiv genutzt werden (oder vielleicht sogar noch nicht entdeckt wurden) befinden sich nicht innerhalb dieser Grenze. Im Inneren des Systems findet eine ständige Bewegung statt: Dort wird Nickel abgebaut, gehandelt, rezykliert oder geht verloren. Die Pfeile zeigen dem System zugeführtes bzw. aus dem System abgeführtes Nickel an. Die Größe des Pfeiles zeigt die relative Größe des Stromes an. Nickel liegt gewöhnlich in Form von Legierungen (hauptsächlich rostfreie Edelstähle) vor, umfasst jedoch auch Nickel in Katalysatoren, Batterien, Oberflächenbeschichtungen und vielen hinsichtlich der Menge unbedeutenderen Produkten. Aufbauend auf einem klaren Verständnis dessen, woher das von uns verwendete Nickel eigentlich kommt und wohin es geht, besteht die Herausforderung darin, in der Lage zu sein, den Strömen Zahlen zuzuordnen. Politische Entscheidungsträger und Unternehmen können der STAF- Forschungsarbeit entnehmen, wo sie ihre Suche nach dem Nickel von morgen beginnen müssen. Schlacke Import/Export Key for all diagrams: : Nickelproduktion : Fertigung und Verarbeitung : Verwendung : Altschrott/Recycling Der Lebenszyklus von Nickel Der Lebenszyklus von Nickel aus dem Blickwinkel der Methodiken Stocks and Flows der Yale University. Import/Export Nickelmatte gemischtes oder aufkonzentriertes Nickelerz Erz Lithosphäre raffiniertes Nickel Verlust Zwischenprodukt Nickel Schrott Nickel zu anderen Schrottmärkten Abfallerz Imp/Exp Import/Export Nickel in Endprodukten Ende der Nutzungsdauer Deponie Verlust Bestand Import/Export Min: Abbau und Reduktion S: Hüttenwerk R: Raffinerie F: Verarbeitung Globale Nickelströme: 2010 Es sind viele Zahlen, hinter denen sich akribische Forschungsarbeit versteckt. Bereits eine kurze Untersuchung zeigt jedoch, wo Nickel verlorengeht (Gelegenheit zu verstärkter Rückgewinnung/verringerten Verlusten) und wo es akkumuliert wird (wo ein steigender prozentualer Anteil der zukünftigen Nickelversorgung zu finden ist). Diese Abbildung stellt nur das große Ganze dar. Es gibt zunehmend technische Literatur, die bis in Einzelheiten vordringt. Auf diesen Einzelheiten werden die Design-Entscheidungen und Sammelstrategien beruhen, die sicherstellen werden, dass größere prozentuale Anteile von nickelhaltigen Materialien zurück in die wertschaffende Verwendung gehen. Mfg: Fertigung U: Verwendung W: Entsorgung und Recycling Alle Mengenangaben in Tonnen; der Maßstab der Pfeile ist angenähert Schrott Bestand China: Nickelströme 2005 und 2010 Diese beiden Momentaufnahmen der Verwendung von Nickel (in rostfreien Edelstählen, Superlegierungen, Katalysatoren usw.) in China sehen auffallend ähnlich aus. Kombiniert man den Zeitraum von fünf Jahren mit der 43%igen Zunahme (von Tonnen auf Tonnen) bei der Verwendung von Nickel, zeigt sich deutlich die außerordentliche Wandlung Chinas. Der vorhandene Bestand an in China in Gebrauch befindlichem Nickel ist nicht dargestellt. Er ist jedoch noch kleiner als in Europa und Nordamerika. Dies spiegelt die industrielle Entwicklung Chinas und die Neuheit des Wachstums der Nickelverwendung in China wider, weil sich die Chinesen zunehmend qualitativ hochwertige Waren mit höheren Nickelgehalten leisten können. Schrott Schrott Bestand Bestand YALE UNIVERSITY nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz 2014 NICKEL MAGAZINE SONDER-LEITARTIKEL 13

14 BLACKPOOLS WELLENSCHUTZMAUER STAN TAYLOR, VALBRUNA UK LTD BLACKPOOL COUNCIL In vielen Teilen der Welt benötigen Küstenlinien verbesserte Befestigungen gegen Unwetterschäden. Ein Beispiel dafür ist die drei Kilometer lange Küstenschutzmauer, die Birse Coastal in der beliebten Küstenstadt Blackpool an der Nordwestküste Englands gebaut hat. Dabei spielte nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei eine wesentliche Rolle. Die Mauer ist als treppenförmige Stützverkleidung ausgestaltet, die landeinwärts vordringende Wellen brechen soll. Eine dahinter gelegene ausgeformte Wellenschutzmauer kehrt ankommende Wellen um und drängt sie ins Meer zurück. Da es sich um einen vielbesuchten Strandbereich handelt, war es wichtig, ein zugängliches und äußerlich ansprechendes Design zu verwenden, sodass die Menschen bei Ebbe auf den Stufen sitzen und die Wellenschutzmauer als Windschutz benutzen können. Dem Beton wurde ein Farbmittel zugegeben, um ihm einen wärmeren Farbton im Einklang mit der Küstenumgebung zu verleihen. Unter Verwendung von mehr als Tonnen Edelstahl Rostfrei in Form von geschnittenen und gebogenen Teilen mit einem Durchmesser von 6 bis 32 mm wurden über einen Zeitraum von fünf Jahren 720 Elemente der Wellenschutzmauer mitsamt der Verkleidungen hergestellt. Die Bauelemente wurden in Standortnähe vorgefertigt und anschließend zum Strand transportiert. Für die Bereiche der Struktur, die dem Meerwasser am stärksten ausgesetzt sind, wurde Edelstahl Rostfrei gewählt, wobei für die tiefer eingebetteten Bereiche Bewehrungsstäbe aus normalem Kohlenstoffstahl verwendet wurden. So wurde eine kostengünstige Konstruktion mit einer geringeren Betondeckung geschaffen, die den Strukturen dennoch eine lange Lebenserwartung bei geringen laufenden Instandhaltungskosten sichert. Hierfür wurde gemäß der Norm BS 6744 gefertigter Edelstahl Rostfrei der Güteklasse UNS S30400 verwendet. Außer Blackpool vor Flutschäden zu schützen, hat die Wellenschutzmauer das Erscheinungsbild des gesamten Strandbereiches verschönert. UNS-Details Chemische Zusammensetzungen (in Gewichtsprozent) der in dieser Ausgabe des Nickel Magazine erwähnten nickelhaltigen Legierungen und rostfreien Edelstähle S30400 S. 7, 14, 16 S31600 S. 15 S32205 S. 2, 4 S32304 S. 4 UNS-Nr. C Co Cr Cu Fe Mn Mo N Nb Ni P S Si V 0,08 0,08 0,030 0,03-18,00-20,00-16,00-18,00-22,0-23,0-21,5-24,5 - Rest 2,00 - Rest 2,00 - Rest 2,00 0,05-0,60 Rest 2, ,00-10,50 2,00-3,00 3,00-3,50 0,05-0, ,00-14,00 0,14-0,20 0,05-0,20-4,50-6,50-3,0-5,5 14 KURZMELDUNGEN nickel magazine, jhrg. 29, nr. 1, märz ,045 0,045 0,030 0,040 0,030 0,030 0,020 0,040 1,00 1,00 1,00 1,

15 Trinkwasser in Tokio die richtigen Rohrleitungen reduzieren Wasserverluste um 90 % Sicheres, sauberes und genießbares Wasser kostet Geld. Undichte Rohrleitungen verursachen zusätzliche Kosten, denn zusätzliches Wasser muss bereitgestellt und aufbereitet werden. Leckagen sind für Städte generell ein Problem; jedoch hat keine wirkungsvoller darauf reagiert als Tokio. In den 1980er-Jahren hat das Wasserversorgungsamt der Tokioter Stadtverwaltung begonnen, Rohre aus nickelhaltigem Edelstahl Rostfrei der Sorte UNS S31600 für die Verteilungssysteme zu verwenden, die Wasser aus den Nebenleitungen den Bestimmungsorten in Haushalten, Geschäftsräumen und Fabriken zuführen. Es war ein allmählicher Prozess, der bis zu seiner Vollendung 24 Jahre benötigte. Doch jetzt, nach zwei Jahrzehnten des Einsatzes, ist es möglich, seinen Nutzen zu berechnen. Undichtigkeiten und ihre Kosten Früher war Blei der bevorzugte Werkstoff für Wasserleitungen, denn es ist weich, dehnbar und einfach in der Handhabung. Daher wurde es insbesondere für die letzten Meter von den Nebenleitungen zu Wohnund Geschäftsgebäuden verwendet. Ist ein Bleirohr jedoch erst einmal im Erdboden verlegt, können verschiedene Kräfte darauf einwirken. Menschliche Aktivität (Schwerverkehr und Erschütterungen oder Bauarbeiten) und Naturkräfte (ungleichmäßige Absenkung des Erdbodens sowie Erdbeben) können dazu führen, dass sich die weichen Bleirohre verformen, voneinander lösen oder sogar brechen. Dies führte dazu, dass in den frühen 1960er-Jahren mehr als 20 % des für den Verbrauch durch den Menschen geeigneten Wassers im Tokioter Verteilungssystem aufgrund von Undichtigkeiten verlorengingen. Es herrschte chronischer Wassermangel, und hin und wieder waren Rationierungen für etwa eine Million Tokioter Haushalte erforderlich. In der Vergangenheit erfolgten etwa 3 % der von dem Wasserversorgungsamt durchgeführten Reparaturen von Lecks an Hauptleitungen; 97 % erfolgten jedoch an den Verteilungsleitungen mit 50 mm Durchmesser oder weniger, die das Wasser aus dem öffentlichen Netz in interne Systeme von Gebäuden leiten. r Leicht biegsame Wellrohre aus Edelstahl Rostfrei sind ein entscheidender Teil des Systems, durch das die Verluste durch Undichtigkeiten in Tokios Verteilungssystem um 90 % verringert werden konnten. Gesundheitlicher und finanzieller Nutzen Durch den Wechsel zu Rohrleitungen aus Edelstahl Rostfrei hat die Stadtverwaltung von Tokio bedeutende Investitionen in die Gesundheit seiner Einwohner vorgenommen. Die Zuverlässigkeit der Wasserversorgung hat zugenommen, und der Verlustanteil durch Undichtigkeiten ist von 20 % auf 2 % (2012) gesenkt worden möglicherweise der niedrigste Wert aller Ballungsräume weltweit. Aufgrund der begrenzten Wasserressourcen wird die Versorgung und Verteilung von Wasser in Tokio immer eine Herausforderung sein. Die drastische Verringerung von Lecks in dem System ermöglicht aber die effizienteste Haushaltung und Verwendung einer knappen Ressource, da die Wassermenge pro Kopf, die Reservoirs entnommen und durch Aufbereitungsanlagen fließen muss, reduziert werden konnte. Und obwohl es kein ausdrückliches Ziel der Offensive gegen Lecks war, wies sie zusätzlich den Nutzen auf, dass die potentielle Exposition der Einwohner gegenüber Blei gesenkt werden konnte. Dieser Erfolg der langfristigen Planung und deren Umsetzung hat zu vielen technischen und institutionellen Auszeichnungen geführt; den größten Nutzen haben jedoch die Einwohner Tokios. ISTOCK PHOTO PEETER VIISIMAA ISTOCK PHOTO MONCHERIE, PETAR CHERNAEV ISTOCK PHOTO HOCUS FOCUS STUDIO Für iphone, ipad und ipad mini die kostenlose Nickel Magazine App ist ab sofort im App StoreSM erhältlich. Zum Herunterladen einfach nach Nickel Magazine suchen und den Anweisungen folgen. Die neue Nickel Magazine App Nickel Magazine: jederzeit und überall. jetzt erhältlich als kostenloser Download für Ihre mobilen Android - und Apple -Geräte Installieren Sie Ihre Nickel Magazine App auf Ihrem Android -Handy oder -Tablet. Zum Herunterladen einfach zu Google Play Store gehen, nach Nickel Magazine suchen und den Anweisungen folgen. Apple, das Apple-Logo, iphone und ipad sind in den USA und anderen Ländern eingetragene Handelsmarken von Apple Inc. Android ist eine Handelsmarke von Google Inc. Der Android-Roboter wurde aus einem von Google erstellten und freigegebenen Werk wiedergegeben oder modifiziert und wird gemäß der in der Creative-Commons-3.0-Attribution-Lizenz beschriebenen Bestimmungen verwendet. Google ist eine Handelsmarke von Google Inc. 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16 Wiedergewinnen, Wiederverwenden, Wiederverwerten, Wiederbeleben Ein zweites Leben für nickelhaltigen Edelstahl Rostfrei F ür Bruce Taylor gibt es nichts Schöneres, als auf einem Schrottplatz herumzustöbern. Dort findet er die Inspiration für seine einzigartigen Skulpturen, die er aus zurückgewonnenem Edelstahl Rostfrei herstellt. Meine Nische ist leicht zugängliche Kunst im öffentlichen Raum und Skulpturen im Außenbereich. Ich habe immer einen Magneten dabei, um den unmagnetischen nickelhaltigen Edelstahl Rostfrei auszusortieren. Ich möchte sichergehen, dass die von mir verwendeten Werkstoffe den Unbilden harscher Außenumgebungen widerstehen können. Taylor stammt aus Denver (Colorado, USA) und lebt heute in Texas. Zunächst begann er als Maler und wandte sich später der Bildhauerei zu. Bekannt wurde er in der Mitte der 1980er-Jahre, nachdem er einen Auftrag für ein Kunstwerk an der Konzerthalle in Denver erhalten hatte. In den letzten Jahren hat er seinen Schwerpunkt auf Edelstahl Rostfrei gelegt. Dauerhaftigkeit ist einer der Hauptgründe dafür, dass ich Edelstahl Rostfrei gewählt habe. Er lässt sich leicht schweißen und widersteht den Witterungsbedingungen. Er vermittelt einen zeitgemäßen Eindruck: Er kann hochreflektierend sein, eine walzblanke Oberfläche haben oder gelegentlich auch beschichtet sein. Viel meiner Arbeit ist Kunst im öffentlichen Raum, sodass geringstmögliche Wartung unverzichtbar ist. Es ist auch eine Entscheidung aus Gründen der Ästhetik: Wenn meine Werke dauerhaft wären, aber nicht gut aussehen würden, wäre das meinem Ruf als Künstler nicht förderlich! DIE FOTOS WURDEN FREUNDLICHERWEISE VON BRUCE TAYLOR ZUR VERFÜGUNG GESTELLT. Für seine jüngsten Werke verwendet Taylor wiedergewonnenen Edelstahl Rostfrei, vorzugsweise S30400, und schafft daraus neue Formen. Der Betrachter kann die interessanten Formen wiedererkennen, die der Künstler eingearbeitet hat. Die von mir verwendeten wiedergewonnenen Objekte sind Teil eines Ratespiels: Was ist das? Und wozu wurden sie ursprünglich verwendet? Im Jahr 2013 hat Bruce Taylor eine Skulptur für eine von fünf Eisenbahnbrücken in El Paso, Texas, geschaffen. Die Inspiration für dieses Werk origineller urbaner Kunst kam von wiederverwerteten Bauteilen. Es geht mir bei der Verwendung von wiederverwerteten Materialien um die geringe Auswirkung auf die Umwelt. Das gibt mir ein gutes Gewissen. So kann ich vermitteln, wie Materialien rezykliert werden können. Obwohl Recycling nicht das vorherrschende Ziel meiner Werke ist, ist es eine bedeutende Komponente meines ästhetischen Prozesses. rs Das Projekt El Paso Bataan Bridge w Der Künstler Bruce Taylor