Kritische Rohstoffe in Elektro-und Elektronikgeräten - haben wir sie im Griff?

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1 Kritische Rohstoffe in Elektro-und Elektronikgeräten - haben wir sie im Griff? Patrick Wäger Empa Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Abteilung Technologie & Gesellschaft CH-9014 St. Gallen Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 1 Wozu brauchen wir Seltene Metalle? Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Wie können wir nachhaltiger mit selenen Metallen umgehen? Departementsinformation,19. Januar 2011, Folie 2 Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 2

2 Wozu brauchen wir seltene Metalle? Seltene Metalle (durchschnittliche Konzentration in Erdkruste <0.01%) Haupt- Nebengruppen -gruppen (L) 3Li Ia 1 001H (K) IIa 005B 006C 007N 008O 009F 010Ne 4Be IIIb IVb Vb VIb q q q 55Cs 056Ba 57La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn IIb IIIa IVa Va VIa VIIa VIIb VIII 4 019K 020Ca 21Sc 022Ti 023V 024Cr 025Mn 026Fe 27Co 028Ni 29Cu 030Zn 31Ga 32Ge 33As 034Se 035Br 036Kr (N) q 5 37Rb 038Sr 39Y 040Zr 41Nb 42Mo 043Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd 49In 50Sn 51Sb 52Te 053I 054Xe (O) [98] (P) 'Edelmetalle' [209] [210] [222] VIIIa 002He q Lanthanoide 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu [145] Binder (1999); Skinner (1979) 'Seltenerdelemente' Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 3 Wozu brauchen wir seltene Metalle? Energie-, Elektro- und Antriebstechnologien Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), Mikrotechnologien Ag, Cd, Cu, Ga, Ge, In, Sn, Te Ag, In, Pt, Ru, Sn In, Sn Nb, Ta / Ag, Pd, Ti Dy, Nd, Pr Seltene Metalle & Zukunftstechnologien Ag, Cu, Bi, Sn / Ag, Re / Au Optische/optoelektronische Technologien As, Ga, Ge, Te Ce, Ga, Gd, La, Pt, Ru, Sc, Sm, Y Angerer et al. (2009), U.S. DOE As, Ce, Eu, Ga, In, Pd, Pt, Ru, Sn, W Er, Ge Ge, La, Li, Nb, Sc, Ta Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 4

3 Wofür brauchen wir seltene Metalle? Seltene Metalle in Elektro und Elektronikgeräten Au Be Ce Co Dy Ga Gd Ge In Ir La Li Nb Nd Os Pd Pr Pt Re Rh Ru Sb Sn Ta Tb Te W PC Laptop Telefongerät Drucker Mobiltelefon Faxgerät CRT TV PDP TV LCD TV Videorecorder, VCR DVD player Stereo system Kassettenrekorder Digitalkamera Videokamera CD Spieler, tragbar Minidisk Spieler, tragbar Blaser et al. (2012) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 5 Wozu brauchen wir seltene Metalle? Mögliche Entwicklung der Nachfrage durch Zukunftstechnologien Globale Nachfrage 2006 Global Nachfrage 2030 Gallium Indium Neodym Tantal Angerer et al. (2009); Eisler et al. (2010) x t 603 t Dünnschichtphotovoltaik, Hochleistungs- Mikrochips, WLED (0.18) (3.97) x t 1911 t Displays, Dünnschichtphotovoltaik (0.40) (3.29) x t t Permanentmagnete, Lasertechnologie (0.23) (1.66) x t (0.40) 1410 t (1.02) Mikroelektronische Kondensatoren, Medizintechnik in Klammern: Verhältnis Nachfrage/Weltproduktion 2006 Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 6

4 Wozu brauchen wir seltene Metalle? Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 7 7 Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Ökologische Faktoren Soziale Faktoren 'Geologische' Faktoren Versorgung mit Seltenen Metallen Ökonomische Faktoren Geopolitische Faktoren Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 8

5 Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Kritische Rohstoffe im Kontext USA Auswirkungen eines Vesorfungsengpasses Geopolitische Faktoren NRC (2008) Minerals, Critical Minerals and the U.S. Economy Versorgungsrisiko Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 9 Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Kritische Rohstoffe aus Sicht der EU Versorgungsrisiko EC (2010) Critical raw materials for the EU Ökonomische Bedeutung Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 10

6 Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Kritische Rohstoffe für 'Clean Energy' Technologien Dünnschichtphotovoltaik Permanentmagnete (Windturbinen, Fahrzeuge) Batterien (Fahrzeuge) Leuchtstoffe (Leuchtstofflampen) U.S. DOE (2011) Critical Materials Strategy Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 11 Wozu brauchen wir seltene Metalle? Welche seltenen Metalle sind 'kritisch'? Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 12

7 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Nachhaltiger Umgang mit seltenen Metallen Wir erben die Erde nicht von unseren Vorfahren, wir leihen sie von unseren Kindern aus. Schonung natürlicher Ressourcen; Minimale ökologische und soziale Auswirkungen bei der Extraktion und Rückgewinnung mineralischer Rohstoffe. Vermeidung einer Dissipation von Wert- und Schadstoffen Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 13 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Institutioneller Rahmen Opto- Elektronik! Substitution Rohstoffgewinnung Herstellung Nutzung Rückgewinnung Wissensgrundlage Wäger et al. (2011); Hagelüken und Meskers (2010) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 14

8 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Institutioneller Rahmen Aufbereitung historischer Rückstände Recycling von Produktionsabfällen Materialeffizienz 'Design for X' Reuse Suffizienz Recycling von EoL Produkten Zwischenlagerung Substitution Rohstoffgewinnung Herstellung Rückgewinnung Nutzung Wissensgrundlage Wäger et al. (2011) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 15 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Schweizer WEEE-Rücknahmesystem(e): Gesammelte Mengen 2011 Gesammelte Mengen Kat 1: Haushaltgrossgeräte (inkl. Kühlgeräte) Kat. 2, 6, 7: Haushaltkleingeräte, Werkzeuge, Spielzeuge Kat. 3: Informations und Kommunikationstechnologien Kat. 4: Unterhaltungselektronik Kat. 5: Leuchten / Leuchtmittel TOTAL t t t t t t Jahresberichte SENS, Swico 2011 Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 16

9 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Schweizer WEEE-Rücknahmesystem(e): Stoffflüsse > Sammelstellen 16 Betriebe 90 Betriebe Schad / Wertstoffe Sammlung Mechanische Verarbeitung Manuelle Zerlegung Kunststoffe Bildschirmverarbeitung Metalle 3 Betriebe Kunststoff Recycling Verbrennung Metall / Kunststoffgemische Zwischenverarbeitung Metallurgie/ Endverarbeitung Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 17 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Recyclingeffizienz von EoL Produkten: Sammlung ( ~18%) Sammlung Sortierung/ Zerlegung Aufbereitung Rückgewinnung Seltene Metalle abgetrennte Komponenten / Fraktionen / Elemente z.b. 50% x 90% x 80% x 95% = 34% Hagelüken (2011); Chancerel et al. (2009) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 18

10 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Recyclingeffizienz von EoL Produkten: Aufbereitung Effektive Ausbeuten für WEEE in einer (deutschen) Anlage: - Gold 26% - Palladium 26% - Silber 12% Sammlung Sortierung/ Zerlegung Aufbereitung Rückgewinnung Seltene Metalle abgetrennte Komponenten / Fraktionen / Elemente z.b. 50% x 90% x 80% x 95% = 34% Hagelüken (2011); Chancerel et al. (2009) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 19 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Recyclingeffizienz von EoL Produkten: Rückgewinnung REE Ta Sammlung Sortierung/ Zerlegung Aufbereitung Rückgewinnung Seltene Metalle abgetrennte Komponenten / Fraktionen / Elemente z.b. 50% x 90% x 80% x 95% = 34% Hagelüken (2011); Chancerel et al. (2009) Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 20

11 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Indium Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 21 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Recycling von EoL-Produkten: Ökobilanz Rückgewinnung von Metallen aus Leiterplatten EcoIndicator 99 Punkte / t Leiterplatte Edelmetalle Sekundärproduktion Primärproduktion Wäger et al. (2011) Environmental Impacts of the Swiss Collection and Recycling Systems for Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) 22 Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 22

12 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Recycling von EoL Produkten: Recyclingraten! UNEP (2011) Metal recycling rates Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 23 Wie können wir nachhaltiger mit seltenen Metallen umgehen? Institutioneller Rahmen Aufbereitung historischer Rückstände Leasing Nachhaltigkeits -standards Zertifizierung 'Good Governance' & Transparenz 'Design for X' Zwischenlagerung Materialeffizienz Pre Consumer - Recycling Substitution Reuse Suffizienz Recycling von EoL Produkten Zertifizierung Rohstoffgewinnung Herstellung Rückgewinnung Nutzung Wissensgrundlage Wäger et al. (2011)

13 Zusammenfassung Seltene Metalle sind (aus heutiger Sicht) essentiell für eine ganze Reihe von Zukunftstechnologien. Anwendungen der Elektronik enthalten besonders viele dieser Elemente. Die Versorgung mit verschiedenen seltenen Metallen (u.a. Indium, Platinmetalle und Seltene Erden), wird als 'kritisch eingestuft. Die Ursachen dafür liegen insbesondere in der Konzentration des Abbaus und der Raffination der Rohstoffe auf wenige Länder, in fehlenden Substitutionsmöglichkeiten und in geringen Recyclingraten. Die Schweiz hat ein gute funktionierendes Rücknahmesystem für Elektro- und Elektronikaltgeräte mit einer hohen Rücklaufquote (fast 17 kg/einwohner und Jahr). Einige seltene Metalle, v.a. Edelmetalle, werden bereits heute zurückgewonnen. Für andere seltenen Metalle wie z.b. Indium (Flachbildschirme) oder Seltene Erden (u.a. Harddisks) werden derzeit Möglichkeiten für eine Rückgewinnung geprüft. Ergänzend zur Rückgewinnung seltener Metalle sind weitere Massnahmen in früheren Abschnitten des Lebenszyklus (u.a. Substitution, nachhaltige Produktion (!), Design for Recycling) zu prüfen bzw. umzusetzen. Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 26 Vielen Dank für Ihre Aufmersamkeit! Zuger Cleantech Day 2012, 6. September 2012, Folie 27