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Über dieses Buch

Konflikte um mineralische und energetische Rohstoffe verlangen nach klugen und nachhaltigen Lösungen. Was lässt sich mit heutigen Technologien und unter den derzeitigen politischen Vorgaben bereits in absehbarer Zeit verwirklichen und was wird bereits ausprobiert? Welche Chancen haben Recycling und Substitution?

Der erste Teil diskutiert in acht Kapiteln Fragen zur Verfügbarkeit primärer Ressourcen und deren Effizienz und bezieht hier Deutschland und andere europäische Länder mit ein. Sogenannte kritische Elemente – besonders wichtig für anspruchsvolle Produkte wie regenerative Energiesysteme, Kommunikations- und Transporttechnologien – stehen dabei im Vordergrund. Teil 2 widmet sich in sechs Kapiteln den zugrunde liegenden Ressourcentechnologien und -strategien. Dabei geht es darum, was Politik konstruktiv bewirken kann, und um Standortinteressen und Wettbewerbsfähigkeit, um kreative und potenziell innovative neue Lösungsansätze und die gegenseitige Beeinflussung dieser Parameter. Der abschließende Teil 3 richtet den Blick am weitesten in die Zukunft (bis 2065) und zeigt in drei Kapiteln zukünftige Herausforderungen und Lösungsansätze aus technologischer und aus gesellschaftspolitischer Sicht.

Die vier Herausgeber von der TU Bergakademie Freiberg haben die Autoren danach ausgewählt, dass sie ein in sich geschlossenes Thema aus verschiedenen Blickwinkeln beleuchten. So ist das Buch beinahe ein „Who is Who“ der weltweiten Spezialisten zum Thema. Es ergänzt die Titel Strategische Rohstoffe und Energie und Rohstoffe bei Springer Spektrum und fokussiert auf dem aktuellen Stand von Forschung, Technologien und gesellschaftspolitischer Entwicklung.

Die einzelnen Kapitel sind aufeinander abgestimmt und miteinander durch Querverweise vernetzt. Ein ausführliches Sachverzeichnis hilft bei der Orientierung jenseits des Inhaltsverzeichnisses. Hilfreiche und optisch ansprechende Grafiken erleichtern das Verständnis der einzelnen Themen. Die Kapitel zeigen präzise die jeweiligen Informationsquellen und bieten in vielen Fällen weiterführende Literatur, die es Lesern erlaubt, noch tiefer in die Thematik einzudringen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Erratum : Rohstoffwirtschaft und gesellschaftliche Entwicklung

Ohne Zusammenfassung
Peter Kausch, Jörg Matschullat, Martin Bertau, Helmut Mischo

Verfügbarkeit primärer Ressourcen und Effizienz

Frontmatter

1. Metalle für Europas Industrie — ob die Öffentlichkeit sie will oder nicht?

Zusammenfassung
Arnaud Montebourg, der französische Staatsminister der „Industriellen Wiederbelebung“ kündigte im Jahr 2012 an, dass die Regierung neue Genehmigungen zur Rohstofferkundung erteilen würde – die ersten nach mehr als zwanzig Jahren. Parallel dazu teilte er die Einrichtung einer nationalen Bergbaugesellschaft mit und erklärte: „Frankreich soll wieder zu einer Bergbaunation werden“. Unter den zahlreichen Kommentaren, die auf diese Ankündigungen folgten, gab es diesen: „Das Nächste, was er vorschlagen wird, sind Dampfmaschinen, Zugpferde und Kerzenfabriken!“.
Olivier Vidal, Nicholas Arndt, Richard Herrington

2. Innovationen in Abbau und Verarbeitung von Seltenen Erden

Zusammenfassung
Die Produktion von Seltenerdelementen (SEE) aus Bastnäsit begann zur Mitte der 1960er-Jahre und ermöglichte umfangreiche SEE-Anwendungen in der Industrie. Umgekehrt lösten die Erfindung und Kommerzialisierung von Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) Magneten Mitte der 1980er-Jahre die intensive Produktion von SEE aus einem bis dahin unkonventionellen Lagerstättentyp aus: Ionenadsorbierende Tone in Südchina. Offensichtlich kann die Innovation in Bergbau Innovationen bei der Industrie auslösen – und umgekehrt. Die SEE-Produktion aus Apatit hat in naher Zukunft ein großes Potential, um den nächsten Boom von SEE-nutzenden Innovationen auszulösen.
Yasushi Watanabe

3. Antworten auf die Kritikalität von Materialien: Historische Beispiele

Zusammenfassung
Trotz der aktuellen Bedeutung kritischer Materialien in öffentlichen Diskussionen zu mineralischen Rohstoffen sind Sorgen um die Verfügbarkeit essentieller Rohstoffe nicht neu. Dieser Beitrag betrachtet eine Reihe historischer Beispiele und wie Gesellschaften auf reale oder erwartete Lieferengpässe reagieren – und betont drei Arten von Reaktion: Steigerung oder Diversifikation primärer Lieferungen, Effizienzsteigerung der Materialnutzung, und die Entwicklung von Material- und Technologiesubstituten.
Roderick G. Eggert

4. Globale Angebotskonzentration von mineralischen Rohstoffen und Zwischenprodukten

Zusammenfassung
Rohstoffe sind eine wesentliche Grundlage für den Erhalt des Industrie- und Innovationsstandortes Deutschland. Insbesondere vor dem Hintergrund der Energiewende gilt zu berücksichtigen, dass sich der Rohstoffbedarf für die Energieerzeugung im 21. Jahrhundert grundsätzlich ändern könnte (Kap. 1, 7, 8, 10).
Peter Buchholz, Maren Liedtke, Michael Schmidt, Dieter Huy

5. Phosphatrecycling aus Klärschlammaschen —warum Phosphorsäure der Königsweg ist

Zusammenfassung
Das Element Phosphor (P) ist für alle Lebewesen und Pflanzen essentiell. In der Natur kommt Phosphor nicht elementar, sondern allein in Form von Phosphaten vor. Im Hydroxylapatit [Ca5(PO4)3OH] beispielsweise bildet anorganisches Phosphat zusammen mit Calcium den Hauptbestandteil von Knochengewebe und Zahnsubstanz. Zugleich sind Phosphate die Grundsubstanz von Nukleinsäuren und als Spurenelement am Energiestoffwechsel der Zellen in Form von Adenosin-5‘-triphosphat (ATP) beteiligt.
Valentin G. Greb, Peter Fröhlich, Harald Weigand, Bernhard Schulz, Martin Bertau

6. Recycling von seltenen Metallen und deren Verbindungen

Zusammenfassung
Seltene Metalle wie Gallium (Ga), Germanium (Ge), Indium (In), Tellur (Te) und Selen (Se) zeichnen sich nicht nur durch ihr seltenes Vorkommen aus, sondern auch durch ihre aufwändigen Herstellungstechnologien. Die sich daraus ergebenden hohen Metallpreise sowie die teilweise eingeschränkte Verfügbarkeit lassen diese Elemente als lohnendes Ziel für eine Rückgewinnung erscheinen. Die PPM Pure Metals GmbH als Hersteller von Reinstmetallen betreibt bereits das Recycling derartiger Metalle und entwickelt zusätzlich neue Technologien dafür.
Ulrich Kammer

7. Metalle: Aktivatoren von Kreislaufwirtschaft und Recycling 4.0

Zusammenfassung
Aktuell stammen etwa 70 % der weltweiten Zinkproduktion aus primärem Bergbau und der Rest aus Recycling und sekundärem Zink (Zn). Der Recyclinganteil steigt von Jahr zu Jahr gemeinsam mit der Technologie von Zn-Produktion und -recycling (Reuter et al. 2015a). Mehr als 50 % des Zinks wird heute aus Produkten am Ende ihrer Lebensdauer (EoL) zurückgewonnen. Beim Pb-Recycling werden etwa 60 % der gesamten Produktionsmenge erreicht (Reuter et al. 2015a). Vom Element Gold (Au) wurde im Zeitfenster von 1995 bis 2014 rundein Drittel der gesamten Umsatzmenge rezykliert (Hewitt et al. 2015).
Markus A. Reuter

8. Magnetische Materialien — Schlüsselkomponenten für neue Energietechnologien

Zusammenfassung
Bewegt man einen Permanentmagneten in einer Spule, dann wird eine elektrische Spannung erzeugt. Das von Michael Faraday 1821 entdeckte Phänomen bildet eine der entscheidenden Grundlagen der Energiegewinnung und -nutzung unserer modernen Industriegesellschaft. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts, wenige Jahrzehnte nach Faradays Entdeckung, waren bereits viele Städte elektrifiziert, hatte elektrisches Licht die Dunkelheit der Nacht verbannt (Coey 2009: 4) und die Elektromobilität hielt in Form von Straßenbahnen Einzug ins Alltagsleben der Städter. Elektromotoren und Generatoren wurden entwickelt und im Jahr 1905 wurde das erste Hybridfahrzeug durch den Deutschen Henri Pieper patentiert (Gutfleisch et al. 2011: 831).
Roland Gauß, Oliver Gutfleisch

Ressourcentechnologien und -strategien

Frontmatter

9. Forschung für Nachhaltigkeit

Zusammenfassung
Das Leitbild eines innovativen Deutschlands prägt die Forschungs- und Innovationspolitik der Bundesregierung. Ziel ist, Deutschland auf dem Weg zum Innovationsführer in Europa und der Welt voranzubringen. Mit der neuen Hightech-Strategie „Innovationen für Deutschland“ (BMBF 2014) bündelt die Bundesregierung ressortübergreifend Maßnahmen, um gute Ideen schneller in innovative Produkte und Dienstleistungen zu überführen. Denn innovative Lösungen sind die treibende Kraft unseres Wohlstands und unserer Lebensqualität.
Lothar Mennicken

10. Energiekosten und Investitionsentwicklung in einem Unternehmen der Metallindustrie

Zusammenfassung
Kupfer (Cu) ist ein Produkt mit sehr hoher Handelsintensität (Abb. 10.1) und weltweit einheitlichen Börsenpreisen. Eine Tonne Kupfer kostete im März 2015 etwa 5350 € in London, Shanghai, Toronto, Rio de Janeiro oder Freiberg. Diese Preise können in kürzeren Zeiträumen relativ stark schwanken; der momentane Preis (August 2015) liegt bei etwa 4450 €. Der weltweit nahezu gleiche Preis für den Rohstoff macht es für einen spezifischen Kupferproduzenten unmöglich, lokale Mehrkosten an seinen Kunden als Preisaufschlag weiterzugeben. In Deutschland entstehen derartige Kosten meist in Form sogenannter artifizieller Mehrkosten.
Ulf Gehrckens

11. Veränderung in der Rohstoffbasis in der Petrochemie und die Auswirkungen auf Europa

Zusammenfassung
In der chemischen Industrie, genauer gesagt in der Petrochemie, findet seit etwa zehn Jahren ein Wandel in der Rohstoffbasis statt. Bis dahin waren Öl und Gas die wichtigsten Rohstoffquellen für die petrochemische Industrie. Aus diesen beiden Rohstoffen wurden die meisten Grundstoffe hergestellt, aus denen in den nächsten Veredelungsstufen höherwertige Chemikalien hergestellt wurden (Abb. 11.1).
Gunther Kellermann

12. Methanol — der Schlüssel zur Energie- und Rohstoffwende

Zusammenfassung
Methanol (CH3OH) ist eine leichtentzündliche, farblose Flüssigkeit. Es besitzt das höchste H/C-Verhältnis aller Flüssigtreibstoffe. Der C1-Alkohol kommt natürlich vor und wird biologisch aerob wie anaerob abgebaut. Zugleich ist Methanol als kleinster Vertreter aller Alkohole eine stabile Chemikalie, die tagtäglich über die ganze Welt verfrachtet wird, um in einer Vielzahl von industriellen Prozessen Anwendung zu finden. Doch Methanol birgt auch das Potential, der Energie- und Rohstoffwende in Deutschland den notwendigen Schub zu verleihen.
Martin Bertau, Ludolf Plass, Konstantin Räuchle, Michael Kraft, Heribert Offermanns

13. EIT RawMaterials: Einführung in eine neue Wissens- und Innovationsgemeinschaft

Zusammenfassung
Obwohl Europa über ein enormes Innovationspotential verfügt, entstehen besonders im Rohstoffsektor nur wenige Start-up-Unternehmen. Neuartige Technologien und Prozesse schaffen – trotz exzellenter Forschung – zu selten den Sprung auf den Markt. Zwar stehen den meisten Start-ups in der frühen Entwicklungsphase öffentliche Fördermittel wie Gründerfonds zur Verfügung, doch fehlt danach oft das nötige Geld für den entscheidenden Wachstumsschub hin zu einer kapitalmarktbasierten Eigenfinanzierung. Häufig wird diese Phase als „Tal des Todes“ bezeichnet (Abb. 13.1).
Jens Gutzmer, Andreas Klossek, Tina Schulz

14. Demographie und Rohstoffe — Wechselseitige Einflüsse

Zusammenfassung
Steigende Bevölkerungszahlen in Entwick lungsländern und sinkende in den Industrie ländern, vielerorts fortschreitende Überalterung durch steigende Lebenserwartung, sich ausbreitende ethnische Durchmischung als Ergebnis von Einwanderung, Flüchtlings strömen und Auswanderung sowie die ungleiche Verteilung von Reichtum und Armut wirken sich unmittelbar auf Rohstoffe und Energie sowie deren Verteilung und Nutzung auf unserem Planeten aus. Auf der Rohstoffseite steigt der Be darf in den Schwellenländern durch wachsenden Wohlstand und durch das Bevölkerungswachstum; es entstehen betriebs- und volks wirtschaftlich höhere Kosten durch umweltgerechte Gewinnung, Transport, Nutzung, Verwertung und Entsorgung sowie steigende Qualitätsanforderungen durch anspruchsvollere Anwendungen.
Peter Kausch

Zukünftige Herausforderungen und Lösungsansätze

Frontmatter

15. Ressourcentechnologien 2065

Zusammenfassung
Derzeitige Trends im Wachstum von Bevölkerung und Bruttoinlandsprodukt (BIP) dienen als Ausgangspunkt für eine Prognose des Ressourcenverbrauchs in den kommenden Jahrzehnten und für Schlussfolgerungen über Rohstofftechnologien, die bis zur Mitte des Jahrhunderts benötigt werden (Abb. 15.1). Das starke Bevölkerungswachstum wird in naher Zukunftnoch anhalten. Die Wachstumsrate wird jedoch abnehmen, bis die Weltbevölkerung um das Jahr 2050 ein Plateau von etwa 10 Mrd. Menschen erreicht haben wird.
Holger Lieberwirth

16. Ansatzpunkte einer globalen ökologischen Wende: Ressourcen- und Schadensentkopplung

Zusammenfassung
Die Konferenz der Vereinten Nationen in Rio de Janeiro 1992 gilt als Meilenstein der globalen Umweltpolitik. Sie brachte das Konzept der nachhaltigen Entwicklung (sustainable development) in die Debatte und führte zu grundlegenden internationalen Vereinbarungen über Klima, Biodiversität, Desertifikation und langlebige organische Schadstoffe (POP: persistent organic pollutants). Aber auch über zwei Jahrzehnte nach dieser Konferenz ist es trotz partieller Erfolge nicht gelungen, die Entwicklungspfade in Deutschland, Europa und der Welt so auszurichten, dass wichtige ökologische Grenzen beachtet und auch eingehalten werden – ein eklatanter Widerspruch!
Udo E. Simonis

17. Mittel- und langfristige Energie- und Rohstoffherausforderungen — die nächsten 50 Jahre

Zusammenfassung
Die öffentliche Diskussion zu Energie- und Rohstoffthemen in Deutschland (Mehrheitsmeinung) ist teilweise von Wunschdenken und einer eher rückwärtsgewandten Analyse dominiert. Das stimmt insofern bedenklich, als unser Land weltweit sowohl für technologische Spitzenleistungen als auch für ausgewogene und eher proaktive Bemühungen auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft und zu konsequentem Umweltschutz bekannt ist (Kap. 7) und dafür weitgehend anerkannt wird. Zu diesen Bemühungen gehört auch die miteinander verknüpfte Energie- und Rohstoffwende. Im Umkehrschluss lässt sich konstatieren, dass unser wirtschaftliches Wohlergehen – auch unabhängig von jeder Wirtschaftstheorie – davon abhängt, dass wir weiterhin technologisch vorwärtsgewandt orientiert sind und Maßstäbe setzen.
Jörg Matschullat

Backmatter

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