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Metalle für das Energiesystem der Zukunft
Workshop C: Stoffkreisläufe für die Energiewende: Recycling von
mineralischen Rohstoffen – Metalle für das Energiesystem der Zukunft
Agendakongress des Forschungsforums Energiewende
14. Oktober 2014, Berlin
Volker Steinbach
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)
Markteinführung von technischen Geräten
Quelle: Market penetration times on the US market (Berner 2000)
Indikatoren für Versorgungs- und Lieferrisiken
Geostrategische Risiken:
Marktzugang und Länderrisiko
Angebotskonzentration
Umwelt und Sozialaspekte
Marktmacht:
Länderkonzentration
Firmenkonzentration
des Angebots
Reaktionsvermögen der Nachfrage:
Recycling, Substituierbarkeit,
Materialeffizienz, eigene
Rohstoffproduktion,
Absicherungsstrategien
Geologische Verfügbarkeit:
Reichweite der Vorräte
Explorationsaktivitäten
Technische Verfügbarkeit:
Angebot/Nachfrage
Kapazitätsauslastung
Transport, Lagerbestände
Produktionskosten
Importabhängigkeit
und Bedeutung der Rohstoffe für
die
Wertschöpfungskette
Globaler Rohstoffbedarf für Zukunftstechnologien
2006 und 2030
Verhältnis zur gesamten heutigen Weltproduktionsmenge des jeweiligen Rohstoffs
Rohstoff
2006*
2030* Zukunftstechnologien (Treiber)
Gallium
18%
397%
Dünnschicht-Photovoltaik, IC, WLED
Indium
40%
329%
Displays, Dünnschicht-Photovoltaik
gering
231%
SOFC Brennstoffzellen, Al-Legierungselement
Germanium
28%
220%
Glasfaserkabel, IR optische Technologien
Neodym
23%
166%
Permanentmagnete, Lasertechnik
Tantal
40%
102%
Mikrokondensatoren, Medizintechnik
Scandium
Quelle: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung (2009)
* Von BGR aufgrund neuerer Daten neu berechneter Wert
Simon Kraus /
fotolia.com
panomacc /
fotolia.com
Michael Rosskothen /
fotolia.com
kirillkaverin/ fotolia.com
Nebenprodukte: Das Metallrad nach Reuter et al. und Verhoef et al.
Hauptmetall
Nebenprodukte
Al Mn
Zn
Cr Ti V
Cu
Mn
Cu As Ti Fe
Mg
Li
Mg
Ni
Cr
Sn
As Pb
B Br
Ni
V
Ga
Co Fe
Mn
Al Cu
Al
Ca/Si
Zn
Cl
Fe
Pb
Sn
Mg
V
Fe
Al
Al Fe
Fe
Cr
Mn
Mg
Al
Nb
PGM
Zr Mg
V
Cr
Ti
oxidische
Erze
Ta Mn
Zn W
Ga
Sn Ag
Mg
Zn
Au
In As Cu
Ge
Mn
Sb Bi
Ni Ag
In
Pb
Fe
Pb Nb
Cd
Cu Pt
Cu
Ag
Ta
Se
Cu
Ir
Ag
Mg
Co
Zn Au
Ru
Pb
Te
Hg
Au
Mo
As
Rh
Sb Fe
Co
Sb
Pd
Te
Bi
Os Ru Pt
Os
Cr
Sulfidische +
Sulfidische
Hg
Ti
Ni
Rh
As Se
As
oxidische Erze
Ir Co Bi
Erze
Ca/Si
Ca/Si
Fe
Sb
Ca/Si
Hg
Ca/Si
Der „Big Hill“ von Lubumbashi, DR Kongo:
eine mögliche Germanium-Quelle
STL Fabrik (seit 2000)
Produktion: 4.000 t Co, 2.500 t Cu, 15.000 t Zn
Potenzial > 2.250 t Ge
= 20 Jahren der Weltproduktion!
Indium: Globaler Rohstoffbedarf für Zukunftstechnologien im Jahr
2030 im Vergleich zur Produktionsmenge 2006
Indium in Sphalerit, ZnS
5.4% In
Foto: DG-Solartechnik
Displays, Dünnschicht-Photovoltaik
Produktion 2006 : 581 t
Bedarf 2030 : ca. 2.250 t (347 + 1.911 t)
Angebotsentwicklung bis 2030
Beiprodukt der Pb-/Zn-/Cu-/Sn-Gewinnung
500 t / Jahr
Sonstige Quellen / Maßnahmen:
nicht genutzte Hüttenrückstände 15.000 t;
Steigerung des Ausbringungsgrads
Zuwachs >500 t / Jahr
500 – 1.000 t / Jahr
Situation kurz- und mittelfristig unbedenklich
Deckung des künftigen Bedarfs abhängig von Investitionen in Beiproduktgewinnung und
aus Hüttenrückständen
Potenzial der Indiumgewinnung aus der Zinkproduktion
Potenzial für die Primärgewinnung von Indium aus der
Zinkraffinade, Ausbringen 50%
Potenzial für die Primärgewinnung von Indium aus der
Zinkraffinade, Ausbringen 35%
Raffinadeproduktion Zink [Mio. t]
ab 2011 geschätzt bei 3% jährlicher
Produktionssteigerung
Indium potenzial [t]
1.250
1.000
18
15
12
750
9
500
6
Mögliches zukünftiges
Potenzial
250
3
0
0
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
durchschnittlicher Indiumgehalt im Zinkerz (7,5% Zn): 10 ppm
Ausbringen: 35 % bzw. 50 %.
2010 Raffinadeproduktion Zink : 12,9 Mio. t = Potenzial Indium 600 - 860 t
2016
2018
2020
Zink [Mio. t]
1.500
Länderkonzentration der Produktion (2011)
Die drei größten Bergbau- bzw. Produzentenländer von Lithium, SEE, Indium, Germanium, Gallium, Tellur
9,9 %
4,2 %
11,3 %
1,4 %
24,2 %
20,1 %
2,5 %
10,6 %
58,9 %
95,1 %
3,5 %
67,8 %
28 %
69,3 %
6,2 %
41 %
38 %
9%
Lithium (Weltbergwerksförderung: 31.232 t), (Anteil der Top 3: 88 %, Übrige: 12 %)
SEE (Weltbergwerksförderung: 101.900 t), (Anteil der Top 3: 99,1 %, Übrige: 0,1 %)
Indium (Raffinadeproduktion: 662 t), (Anteil der Top 3: 80.8 % , Übrige: 19,2 %)
Germanium (Raffinadeproduktion: 118 t), (Anteil der Top 3: 74,6 %, Übrige: 25,4 % )
Gallium (Produktionskapazität: 404 t), (Anteil der Top 3: 85,4 %, Übrige: 14,6 %)
Tellur (Raffinadeproduktion: 248,2 t), (Anteil der Top 3: 72,3 %, Übrige: 27,7 % )
Quellen: BGR 2013, USGS 2012
Grenzen der Kreislaufwirtschaft
Quelle: Steinbach und Wellmer, 2011
Recyclingraten
End-of-Life recycling rates for
metals in metallic applications
WEEE:
Recyclingraten
Edelmetalle < 15%
Source: UNEP (2011) Recycling Rates of Metals – A Status Report, A Report of the Working Group on the Global Flows to the
International Resource Panel- Graedel, T.E.: Alwood, J.; Birat, J.-P.; Buchert, M.; Hagelüken, C.; Reck, B.K.; Sibley, S.F.; Sonnemann, G.
Rohstoffrecycling
Quelle: Steinbach und Wellmer, 2011
Zusammenfassung
• Rohstoffmärkte sind global, sowohl bei primären als auch bei sekundären Rohstoffen
• spezifischer Rohstoff muss zunächst in ausreichender Menge aus der Geosphäre
(Primärrohstoff) in die Technosphäre überführt werden
• Sekundärrohstoffe stehen erst nach der Lebensdauer des Produktes zur Verfügung
• Recycling muss energetisch, ökologisch und ökonomisch sinnvoll sein
• beim Recycling von Basismetallen ist Energiebilanz meist sehr positiv (AL, Cu, Stahl);
bei Spurenmetallen derzeit meist negativ
• dissipativ verteilte Rohstoffe (z.B. in Legierungen, Plastik, Kosmetik, Medikamenten)
können nicht recycelt werden
• erst mit Markteinführung neuer Technologien steht spezifischer Rohstoffbedarf fest;
entsprechend zügig müssen Recyclingtechnologien bereitstehen
• Hightech-Metalle sind Koppelprodukte; dementsprechend ist ihre Produktion von der
Primärproduktion der Basismetalle abhängig
• Betrachtung gesamter Wertschöpfungskette/Prozessschritte ist erforderlich
• Konsumverhalten (nicht Produkt sondern Dienstleistung/Funktion)
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