Rohstoffversorgung effizient sicherstellen

Alle technischen Geräte in unserem Alltag basieren auf der Nutzung einer Vielzahl mineralischer Rohstoffe. Diese werden jedoch zunehmend knapper und teurer. Nach neuen Abbauquellen und einer effizienteren Nutzung wird darum intensiv geforscht.

Fragen an Professor Jens Gutzmer,
Leiter des Helmholtz-Instituts für Ressourcentechnologie in Freiberg.


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Aka-Blätter: Herr Professor Gutzmer, welche Bedeutung hat die Ressourcenforschung aus Sicht des Wirtschaftsstandorts Deutschland?

Gutzmer: Zunächst muss man sich vor Augen halten, dass wir alle von Rohstoffen leben – man kann sie grob in Agrar-, Energie- und mineralische Rohstoffe einteilen –, und dass die mineralischen Rohstoffe durchaus nicht nur in neuen Produkten wie Tablets oder Smartphones unverzichtbar sind. Jeder muss nur das Haus, in dem er wohnt, näher in Augenschein nehmen, um das zu sehen. Dort sind nicht nur Steine verbaut, auch Glas, Stahl, Leitungen und so fort. Die gesamte menschliche Lebensweise ist seit der Steinzeit ohne mineralische Rohstoffe nicht denkbar.

Sowohl für die Industrie als auch für den Endverbraucher hat die Ressourcenforschung daher eine sehr große Bedeutung, auch wenn diese Erkenntnis eine gute Weile gebraucht hat, um sich durchzusetzen. Tatsächlich ist es ja augenscheinlich, dass am Beginn jeder Produktherstellung ein Rohstoff steht. Der verlässliche Zugriff auf diese Ausgangsstoffe zu wirtschaftlich auskömmlichen Preisen ist Grundvoraussetzung, um die Produktion planbar und wirtschaftlich zu halten. Dennoch hatte sich ein Großteil der deutschen Industrie ab etwa Ende der 1980er Jahre aus der Forschung zu mineralischen und metallhaltigen Rohstoffen verabschiedet, da man davon ausging, dass diese Rohstoffgruppe – anders als die Energierohstoffe – auf Dauer leicht und günstig verfügbar bleiben würden. Diesem Glauben haben starke Preisanstiege und Preisvolatilität ab Mitte des letzten Jahrzehnts ein jähes Ende bereitet. Derzeit sind wir immer noch dabei, den Wissens- und Kompetenzrückstand aufzuholen, der in diesen zwanzig Jahren entstanden ist; von der Weltspitze sind wir noch ein gutes Stück entfernt.

Liegt der Schwerpunkt in der Ressourcenforschung eher auf der effizienteren Verwendung knapper Rohstoffe oder auf der Erforschung von alternativen Materialien?

Man muss davon ausgehen, dass primäre Rohstoffe auch weiterhin benötigt werden, zumal der Bedarf auf dem Weltmarkt durch die wirtschaftliche Entwicklung etwa in China und Indien weiter stark wachsen wird. Im Ganzen ist zwar kein mineralischer Rohstoff so selten, dass eine Substitutionsnotwendigkeit bestünde, die geologische Verfügbarkeit ist gegeben. Nichtsdestoweniger sind die mineralischen und metallhaltigen Rohstoffe eine nicht-erneuerbare Ressource und sollten daher mit höchster Effizienz genutzt werden.

Wesentliche Verbesserungen bei der Effizienz sind daher unverzichtbar. Dafür gibt es verschiedene Ansatzpunkte. Einmal betrifft das den Abbau, der möglichst ressourcen- und energieeffizient vonstatten gehen muss. Finden sich etwa Kupfer und Selen im gleichen Gestein, liegt es aus einer holistischen Perspektive natürlich nahe, beides zugleich zu verarbeiten. Viel Luft nach oben gibt es auch in der Energieeffizienz bei der Gewinnung und Verarbeitung primärer Rohstoffe. Rund 4 % des weltweiten Energiebedarfs werden allein durch das Zerkleinern von Metallrohstoffen verursacht, und davon wiederum werden 95 % nicht in Arbeit, sondern in Wärme umgesetzt. Die Ineffizienz ist offensichtlich.

Ferner geht es darum, den Wertstoffkreislauf geschlossen zu halten, also im Produktdesign darauf zu achten, dass ein Produkt möglichst lange genutzt und die Rohmaterialien anschließend effizient wiederverwertet werden können. Hier bewegen wir uns in Teilen leider in die Gegenrichtung, etwa mit manchen Smartphones oder Tablets, deren Gehäuse kein Techniker öffnen kann, die nicht repariert werden können und daher von vornherein als Wegwerfprodukte angelegt sind.

Drittens schließlich ist der Einsatz möglichst weniger Ressourcen in der Produktherstellung ein wichtiges Thema. Auf diesem Gebiet gibt es durchaus Fortschritte. Blickt man zum Beispiel auf den Stahlbau, so kann das gleiche Gebäude mit heutiger Technik mit mindestens 30 % weniger Stahl gebaut werden als noch vor 100 Jahren.

Wie wichtig ist dabei das „urban mining“, die Nutzung sekundärer Rohstoffquellen?

Hier muss man unterscheiden und eingrenzen, da der Begriff zurzeit inflationär gebraucht wird. Die Nutzung von Halden aus dem Bergbau oder aus der Industrieproduktion als sekundäre Rohstoffkörper hat ein großes Potential, da diese Stoffe vergleichsweise homogen sind und eine recht hohe Rohstoffkonzentration in sich bergen. Die Zivilisationsabfälle aus den Städten sind dagegen so heterogen zusammengesetzt, dass die Rohstoffgewinnung hier für absehbare Zeit zu komplex sein wird, um deren Rückgewinnung unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu ermöglichen. Anders steht es wiederum beim Abbruch von Gebäuden. Hier sind wir in Deutschland relativ weit; in der Regel wird sehr selektiv abgerissen, und die verbauten Materialien, also etwa Beton, Stahl, Holz, Glas, werden gezielt einer Wiederverwertung zugeführt.

Aus welchen Fachdisziplinen stammen in der Regel die Wissenschaftler, die sich im Bereich der Ressourcenforschung bewegen? Wie eng ist in der Forschung die Industriekooperation, etwa in der Erprobung neuer Verfahren?

Die Teams sind sehr vielfältig besetzt, da es sich hier um eine echte Querschnittsdisziplin handelt. Bei uns finden sich etwa Vertreter aus den Geowissenschaften, den relevanten Ingenieursdisziplinen – z. B. Bergingenieure, Verfahrenstechniker, Metallurgen –, angewandte Mathematiker, Wirtschaftswissenschaftler und noch viele andere.

Wir arbeiten gemeinsam mit den Kollegen der TU Bergakademie Freiberg sehr anwendungsnah – also sehr eng mit der Industrie zusammen. Die Industrie stellt in der Regel konkrete Fragen, zu denen wir Lösungen bereitstellen. Das ist also ein eher evolutionärer Ansatz, eine Verbesserung in kleinen Schritten. Auf der anderen Seite hat das Helmholtz-Institut den Anspruch, auch fundamentale Fortschritte zu erreichen und grundlegend neue Technologieansätze zu erforschen. Deshalb ist es notwendig, unabhängig von konkreten Aufträgen über einen längeren Zeitraum an einer Fragestellung intensiv forschen zu können. Überdies bedarf eine wissenschaftliche Revolution stets hervorragender Kenntnisse der naturwissenschaftlichen Grundlagen, auf die man sich in seiner Forschung stützt. Hier bietet die Einbettung des Helmholtz-Instituts in das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf hervorragende Bedingungen.

Wie bewertet man eigentlich die wirtschaftliche Bedeutung und Knappheit eines Rohstoffs? Spielen bei der Forschung nach neuen Werkstoffen und Verfahren auch politische Aspekte eine Rolle? Etwa bei Rohstoffen, die zwar in ausreichenden Mengen verfügbar sind, aber in politisch instabilen Regionen gewonnen werden?

Für die Kritikalität von Rohstoffen gibt es einen ganzen Strauß an Kriterien, etwa die, die von der deutschen Rohstoffagentur (DERA) formuliert sind. In der von der DERA entwickelten Kritikalitätsmatrix spielen die politische Situation in den Lieferländern sowie die Konzentration der Marktmacht die wichtigste Rolle. Diese beiden Aspekte sind recht einfach und objektiv zu bewerten. Andere Studien zur Kritikalität mineralischer Rohstoffe setzen dagegen das Lieferrisiko in Beziehung zur wirtschaftlichen Konsequenz eines Lieferausfalls. Es ist genau diese wirtschaftliche Bedeutung eines jeden Rohstoffes, die sehr schwierig zu erfassen ist und die sich je nach Blickwinkel ändert. Man kommt zu ganz unterschiedlichen Resultaten, je nachdem, ob man ein einzelnes Produkt, eine einzelne Firma oder eine ganze Wirtschaftsregion betrachtet. Freilich neigen die verschiedenen Kritikalitätskataloge dazu, übers Ziel hinauszuschießen. Mittlerweile gilt ein rundes Drittel des Periodensystems der Elemente nach dem einen oder anderen Kriterium als kritisch; das ist natürlich auch übertrieben.

Wenn man die Liste möglicher Kategorien für kritische Rohstoffe stark vereinfacht, bleiben am Ende drei Kategorien übrig. Bei der ersten Gruppe hat die Volksrepublik China als Rohstofflieferant eine dominante Position. Bekanntlich bemüht sich Peking um eine Monopolstellung bei vielen Rohstoffen, durchaus nicht nur den seltenen Erden. Vielfach geschieht dies mit so durchschlagendem Erfolg, dass in anderen Ländern die technischen Fähigkeiten und Kompetenzen zum Abbau der Rohstoffe verloren gehen – selbst wenn es anderswo Lagerstätten gäbe.

Bei der zweiten Gruppe kommen die Rohstoffe aus politisch und gesellschaftlich instabilen Regionen. Das betrifft zum Beispiel Kobalt. Mehr als 50 % des weltweit abgebauten Rohstoffs stammen aus der Demokratischen Republik Kongo. Die Lagerstätten dort sind nicht ersetzbar, ein Ausfall der Lieferungen würde zu erheblichen Engpässen führen.

Bei der dritten Gruppe ist die Verfügbarkeit eigentlich nur technologisch begrenzt. Es gibt zu wenig Verarbeitungskapazität und die Märkte sind klein und intransparent. Gute Beispiele dafür sind etwa Indium und Germanium.

Im übrigen schwanken Einschätzungen zur Kritikalität mineralischer Rohstoffe sehr stark über die Zeit. Mit zunehmend rascheren Zyklen der Produktentwicklung und Marktdurchdringung verändert sich der Bedarf insbesondere für die sogenannten Hochtechnologiemetalle sehr schnell. Beim klassischen Telefon konnte man noch von fünfzig Jahren ausgehen, heutzutage geht die Durchdringung mit mobilen Geräten so schnell vonstatten, dass nach fünf Jahren der Markt vollkommen erschlossen ist. Neue Produkte, die sich so rasend schnell verbreiten, können den Markt für einzelne Rohstoffe komplett umstürzen. Besonders gilt das für Rohstoffe mit eher kleinen Abbaumengen. Ein Beispiel: Die weltweit abgebaute Menge an Rhenium beträgt nur rund 60 Tonnen im Jahr. Das Metall wird im wesentlichen in der Produktion von Flugzeugturbinen eingesetzt. Wird nun eine neue Technik erfunden, die den Bedarf an Rhenium in Turbinen halbiert, bricht der Markt für dieses Metall zusammen; findet sich ein neuer Industriezweig, wo es benötigt wird, vervielfacht sich womöglich die Nachfrage, sind die Verarbeitungskapazitäten nicht mehr hinreichend und der Preis explodiert. Hier lassen sich stabile Voraussagen über einen längeren Zeitraum also kaum mehr treffen.

Bei welchen wirtschaftlich zentralen Rohstoffen ist in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren die größte Knappheit zu erwarten?

Bei den Nischenrohstoffen lässt sich das aus den genannten Gründen kaum prognostizieren. Knappheit erwarte ich vor allem bei zwei Rohstoffen, von denen in diesem Zusammenhang meist eher wenig die Rede ist, nämlich bei Kupfer und Eisen. Beide Metalle sind in ihren Hauptanwendungen in der modernen Gesellschaft kaum substituierbar. Ein rasch steigender Bedarf an diesen beiden Metallen ist mit der Urbanisierung in den Schwellenländern unabdingbar verknüpft. Dies drückt sich schon heute in rasch steigenden Abbaumengen aus. Gleichzeitig steigen die Abbaukosten, da die Qualität der abgebauten Erze stetig abnimmt; der Anteil von Kupfer im Roherz ist beispielsweise auf nur noch 0,4 % gesunken. Hier sind entsprechend Preissteigerungen zu erwarten, die Forschung und technische Entwicklungsschübe nach sich ziehen müssen.

 


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