Schwindende Ressourcen

Wichtigstes Beispiel von Substitution ist der Ersatz der fossilen Energierohstoffe Kohle, Öl und Gas.

• Atomkraft: Der Traum aus dem letzten Jahrhundert, dass Atomkraft die fossilen Rohstoffe ersetzen könnte, hat sich als Illusion erwiesen. Dies schon alleine aus wirtschaftlichen Gründen. Während die Kosten für neue Atomkraftwerke ständig steigen und nur zu Lasten der Sicherheit gespart werden könnte, fallen in sehr erfreulicher Weise die Stromgestehungskosten bei Erneuerbaren Energien wie Photovoltaik und Windkraft aufgrund technologischer Weiterentwicklung und Skaleneffekten. Das Beispiel des geplanten AKW Neubaus in England (Hinkley Point C), für das Subventionen von mehr als 100 Milliarden Euro nötig sind, dokumentiert dies eindrucksvoll[2][3]. Zudem ist der Konflikt um die Sicherheit von AKWs ein Dauerbrenner und die Entsorgungsfrage für Atommüll nach wie vor ungelöst.
  Ein weiterer, entscheidender  Punkt wird allerdings selten diskutiert: die mangelhafte Verfügbarkeit von Uranlagerstätten mit ausreichend hohen Konzentrationen. Würde Atomkraft die Kohle ersetzen wollen, so wäre ein stark steigender Bedarf an Uran-Brennstoff die Folge. In absehbarer Zeit (etwas verzögert durch begrenzte Mengen an Uran aus Atomwaffen der USA und Russland, die an AKW Betreibern verkauft werden) würde der Erntefaktor (EROEI) für Uran kleiner 1 werden. Das bedeutet, dass mehr Energie zur Gewinnung des Uran-Brennstoffs aufgewendet werden müsste als in Atomkraftwerken aus ihm gewonnen werden kann.[1]
• Erneuerbare: In absehbarer Zeit ist also nur eine realistisch umsetzbare Option erkennbar, die fossilen Brennstoffe zu ersetzen: Erneuerbare Energien. Für eine nachhaltige Energieversorgung sind dabei folgende Anforderungen zu berücksichtigen[1]:

• Optimierung der Energieeffizienz (messbar in Form des Erntefaktors (EROEI) und Optimierung der Umwandlungseffizienz (messbar in Form der Fläche, die für die Gewinnung einer bestimmten Energiemenge benötigt wird)
• Verwendung von Materialien, die in der Erdkruste häufig vorkommen

Heute ist festzustellen, dass die Erntefaktoren von beispielsweise Photovoltaik und Windkraft noch unter denen von fossilen Brennstoffen liegen. Angesichts der technischen Weiterentwicklung liegt es aber im Bereich des Möglichen, das die Erntefaktoren dieser Erneuerbaren bald die der fossilen Brennstoffe übertreffen werden. Zudem können Photovoltaik und Windkraftanlagen mit Materialien gebaut werden, die häufig in der Erdkruste vorkommen:[1]

• Für eine PV-Produktion von waferbasierten Modulen ist keine Rohstoffknappheit absehbar. Die aktive Zelle besteht im Wesentlichen aus Silizium, Aluminium und Silber. Silizium hat einen Masseanteil von 26% an der Erdkruste. Aluminium ist mit einem Anteil von 8% nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element der Erdkruste und damit das häufigste Metall. An Silber verbraucht die PV-Industrie ca. 1500 t Silber pro Jahr (knapp 7% der Fördermenge in 2010). In Zukunft soll Silber auf der Solarzelle weitestgehend durch Kupfer substituiert werden.[4]
• Windkraftanlagen können im Wesentlichen aus Beton, Stahl und Aluminium hergestellt werden. In vielen Konstruktionen werden heutzutage allerdings auch seltene Erden für die Magnete zur Umwandlung von mechanischer in elektrischer Energie verwendet. Es gibt allerdings bereits heute Konstruktionen von Windkraftanlagen, die keine seltenen Erden benötigen (vergleiche die Baureihe der Firma Enercon).

Diese Beispiele zeigen, dass grundsätzlich und langfristig betrachtet, eine nachhaltige Energieversorgung mit ausgewählten Technologien der Erneuerbaren Energien nicht an Ressourcenknappheit scheitern würde. Wohl aber sollte von vorneherein über den gesamten Entwicklungs- und Lebenszyklus (von Forschung über Konstruktion, Bau, Betrieb bis zum Recycling) die Ressourcen- und EROEI-Frage berücksichtigt werden.

Könnten wir unsere Industrie- und Siedlungsabfälle vollständig wiederverwerten, dann gäbe es auch in Zukunft kein Knappheitsproblem und wir könnten das, was wir in der Vergangenheit mit viel Mühe aus den Bergwerken geholt haben, bis in alle Ewigkeit immer wiederverwenden. Leider ist es aber nicht nur ausgeschlossen, etwas immer zu 100% wiederzuverwerten. Selbst sich dem Ideal anzunähern ist für unsere Industriegesellschaft mit den heute bekannten Strukturen extrem schwierig. Als wirklich problematische Hürde erweist sich das Fehlen jeglicher Anstrengung, unseren Abfall auf eine Art und Weise zu planen und zu behandeln, die die Wiederverwendung oder Wiedergewinnung von verwendbarem Material von vorneherein einplant bzw. erleichtert. Bisher bedeutet Abfallwirtschaft meist nur, den Abfall für die Gesellschaft unsichtbar zu machen - etwa indem man ihn verbrennt, auf Deponien kippt und ihn legal oder illegal außer Landes schafft. Bekanntermaßen bleibt aber nach dem Massenerhaltungssatz der Chemie (Lavoisiers Gesetz) die Gesamtmasse unverändert - es kommt nichts dazu und nichts verschwindet. [1]

Ein Blick auf Recycling am Beispiel Kupfer erscheint uns besonders interessant. Dies aufgrund des seit Jahren stark steigenden Bedarfs, in Hinblick auf die Bedeutung für unserer zukünftige Wirtschaft insgesamt und als wichtiger Rohstoff für Erneuerbare Energien.

• Kupfer: Nach Silber besitzt Kupfer noch vor Gold die höchste spezifische Leitfähigkeit für elektrischen Strom und wird daher insbesondere auch in der Energietechnik, Elektrotechnik, Elektronik und der IT-Industrie häufig eingesetzt.
  Die Erschließung von neuen Kupfervorkommen kann aber bereits heute kaum Schritt halten mit dem erheblich steigendem Bedarf an Kupfer. Der Förderhöhepunkt an Kupfer wird derzeit für etwa das Jahr 2023 geschätzt wobei unter Berücksichtigung von Recyclingmöglichkeiten sich dieser "peak" verschieben ließe. Kupfer lässt sich zwar durch Aluminium substituieren, dies allerdings nur unter deutlichen Einschränkungen bzw. Verschlechterungen bei Materialeigenschaften und Effizienz.[1] Weitere Reserven liegen in den heute noch nicht wirtschaftlich nutzbaren "Kupferschieferlagern" sowie maritimen "Manganknollen".[5]
  Steigt zukünftig der Bedarf an Generatoren, Elektromotoren, elektrischen (Höchstspannungs-)Leitungen und IT-Lösungen (Energiewende, E-Mobilität) weiter an, so muss man einem sehr sorgsamen Umgang mit den Kupferreserven sowie einer potentiellen Substitution von Kuper durch Aluminium für bestimmte Anwendungen eine noch höhere Priorität als heute einräumen. Eine möglichst hohe Recyclingquote für Kupfer ist unseres Erachtens so früh wie möglich anzustreben.
  Grundsätzlich ist Kupfer ein Vorzeigebeispiel zum Thema Recycling. Der entscheidende Vorteil beim Recycling von Kupferwerkstoffen im Vergleich zu anderen Metallen liegt darin, dass Kupfer auch bei mehrmaligem Recycling keine Qualitätsverluste erleidet, unabhängig davon, ob metallische oder nichtmetallische, kupferarme oder kupferreiche Einsatzstoffe der Wiederverwendung zugeführt werden. Die Recyclingrate von Kupfer in Deutschland liegt heute bei etwa 45% (pro Jahr aus Sekundärmaterialien erzeugten Menge bezogen auf die Jahresproduktion). Laut dem Deutschen Kupferinstitut liegt die "echten Recyclingrate" viel höher wenn man die Nutzungsdauer der Produkte bis zur Wiederverwendung zugrunde legt und die Menge des wiederverwendeten Kupfers auf die Gesamtproduktion zu Beginn der Nutzungsdauer bezieht. Geht man von einer durchschnittlichen Nutzungsdauer von 35 Jahren aus, so läge diese "echten Recyclingrate" bei fast 80%.[5]
• Downcycling: Das Grundproblem der Abfallverwertung liegt darin, dass die Handlungsoptionen beschränkt sind, solange es keine drastische Änderungen beim Abfallkonzept bis hin zu den industriellen Prozessen selbst gibt.  Recyceltes Material weist gegenüber den aus den ursprünglichen (Mineral-)Ressourcen hergestelltem Material üblicherweise schlechtere Qualität auf, da die Kosten bzw. Energie, die aufzubringen wäre um Sekundärrohstoffe von der Reinheit der Primärrohstoffe zu gewinnen, extrem hoch wäre.[1]
  Beispiel Stahl: Heute werden weltweit etwa 68% der gesamten Produktion bei Eisen und Stahl recycelt - was vorbildlich erscheint. Allerdings enthält der überwiegende Teil der heutigen Stahllegierungen weitere Metalle wie Chrom, Kobald, Silizium, Mangan, Vanadium und andere Legierungselemente um bestimmte Anwendungseigenschaften zu erhalten. Die in das Recycling eingebrachten Stahlsorten in ihrer Aufbereitung in ihrer Zusammensetzung zu überwachen gestaltet sich aber derart schwierig und teuer, dass der recycelte Werkstoff meist nur den Durschnitt all der Verbindungen enthält die eingebracht wurden. Eine solche Stahllegierung ist von minderer Qualität und nur für weniger anspruchsvolle Anwendungen zu gebrauchen.[1]
• Schwund: Die Binsenweisheit "ein bisschen Schwund ist immer" kann man sicher auch auf den gesamten Prozess der Ressourcen anwenden - von Gewinnung über industrielle Produktionsprozesse über die Nutzung in den unterschiedlichsten Produkten zum Einsammeln als Abfall und zum Recycling. Überall geht eine kleine Menge des mit viel Mühe geförderten Rohstoffs verloren. Am Beispiel der seltenen Platinmetalle werden einige interessante Aspekte dazu deutlich.
  Etwa die Hälfte der weltweit geförderten Platinmenge werden für Abgaskatalysatoren verwendet  (Palladium, Platin und Rhodium). Die Recyclingquote liegt - trotz des hohen Preises für diese Metalle - weltweit aber nur bei etwa 50 - 60%.  Die erklärt sich daraus, dass längst nicht alle Altfahrzeuge recycelt werden. Der Schwund der Platinmetalle in Katalysatoren beträgt außerdem etwa 6% pro 80.000 gefahrenen Kilometern.  Will man diese wertvolle Ressourcen für den Einsatz in Chemie, Biologie und Medizin (z.B. in Krebsmedikamenten) sichern, so ist Substitution sicher die beste Strategie. Platinmetalle selbst durch andere Stoffe in Katalysatoren zu ersetzen ist ein schöner Wunschtraum, der bislang aber nicht gelungen ist. Verbrennungsmotoren abzuschaffen und auf Elektroautos umzusteigen löst das Problem. Setzt man allerdings auf den Wasserstoffantrieb, d.h. die Brennstoffzelle in Autos, die  Gas in elektrische Energie umwandelt, muss man prüfen welche Materialien die Brennstoffzellen erfordern. Stand 2013 waren dies ebenfalls Platinmetalle, was ein klares Argument gegen Brennstoffzellen ist und für den direkten Einsatz von Strom (gespeichert in Batterien) aus Erneuerbaren Energien spricht.[1]
• Politik: Generell für hohe Recyclingquoten die Weichen zu stellen und geeignete Rahmenbedingungen zu schaffen ist Aufgabe der Politik. Die Nachricht, dass Deutschland als Bremser zum Thema "Recyclingquoten in Europa (EU Ziel 2030: 65% der Siedlungsabfälle recyceln)" auftritt, schafft allerdings kein Vertrauen, dass die Deutsche Regierung dieses Thema der Bedeutung entsprechend im Griff hat.[6] Ein Forschungsprojekt zu starten, um die Berechnungsmethode für Recycling deutlich zu verbessern und mehr Transparenz zu erzeugen, ist sicher eine gute Sache wie obiges Beispiel des Kupferinstituts nahelegt. Nur darf dies weitere Fortschritte zur Verbesserung des Recycling in der EU und in Deutschland nicht ausbremsen.
  Vielmehr sind konsequent die Lücken und Mängel zu beheben, die im Recycling und der Abfallwirtschaft bestehen. Insbesondere ist kriminellen Machenschaften, auf die NGOs und gar die UN seit Jahren hinweisen, der Boden zu entziehen und eine konsequente Strafverfolgung sicherzustellen (Beispiel: illegaler Export von Elektroschrott nach Afrika und Asien, etc.).[8]
• Entwicklungsstufen
• 1. "aus den Augen, aus dem Sinn": Welch ein Fortschritt ist es doch, dass nach jahrelangem Protest und Arbeit von Umweltschutzorganisationen und NGOs, die Verklappung von Atom- und Chemiemüll in den Ozeanen von der Politik verboten wurde. Heutzutage zählt die Müllverbrennung zu den allerschlechtesten Optionen, derer sich die Abfallwirtschaft aus bedient. Über die Umweltprobleme bei der Müllverbrennung hinaus sind Methoden zur Rückgewinnung aus den festen Verbrennungsrückständen dermaßen komplex und energieintensiv, dass es aus wirtschaftlichen Gründen keinen Sinn macht zu versuchen, auf dieser Stufe noch wertvolle Mineralien zurückzugewinnen.[1]
     Trotzdem floriert in Deutschland das Geschäft mit der Müllverbrennung. In 2016 waren die Anlagen zu 95% ausgelastet. Es geht um 66 Verbrennungsanlagen mit einer Kapazität von etwa 20 Millionen Tonnen pro Jahr. Hinzu kommen 5,4 Millionen Tonnen die in "Ersatzbrennstoff-Kraftwerken verfeuert werden und die Zementindustrie mit etwa 3,1 Millionen Tonnen (Stand 2014). Um aus wirtschaftlichen Gründen die Anlagen auszulasten wird Müll aus dem Ausland - zu teils sehr günstigen Preisen - importiert. (ca. 1 - 2 Millionen Tonnen Müll). Diejenigen, die ein wirtschaftliches Interesse an der Müllverbrennung haben (z.Bsp. der Verband kommunaler Unternehmen VKU) verteidigen diese rückständige Art der Müllentsorgung. Für Umweltschützer ist dies ein Graus, denn die Lobbyarbeit führt auch dazu, das die staatlichen Recyclingquoten viel zu niedrig sind und leicht eingehalten werden können.[10]
  2. "Optimierung - nachdem Industrie und Konsumenten uns den Abfall vor die Füße gekippt haben": Heutzutage scheint der Schwerpunkt bei Initiativen zum Recycling vor allem auf einer groben Mülltrennung bei der Abfallsammlung und Steigerung von Recyclingquoten von Materialien aus diesen eingesammelten Abfällen zu liegen. Die effektivere Strategie der Wiederverwendung (Mehrwegsystem z.Bsp. für Glasflaschen und Plastikflaschen) spielt dem gegenüber heute leider eher eine untergeordnete Rolle.
     Die Öffnung von Deponien, um Rohstoffe aus den dort bereits gelagerten Abfällen zu gewinnen, wird in den Industrieländern bislang kaum oder gar nicht praktiziert - schon alleine aus wirtschaftlichen Gründen. Auf den Deponien in der "dritten Welt" arbeiten allerdings "Müllsammler" unter sozial, gesundheitlich und in Bezug auf Umweltschutz erbärmlichen Bedingungen um Wertstoffe einzusammeln um damit zu ihrem kargen Lebensunterhalt beizutragen. Hier ist es auch in der Verantwortung der Industrieländer, auf eine Verbesserung der sozialen- und Umweltstandards hinzuwirken.[1]
  3. "neue industrielle Prozesse (Cradle-to-Cradle)": Es lässt sich feststellen, dass Wiederverwendung und Wiederverwertung im Kampf gegen die Ressourcenerschöpfung nur dann eine bedeutende Rolle spielen kann, wenn sich die Methoden der industriellen Produktion deutlich verändern[1]. Es geht darum
     • die industriellen Prozesse so zu verbessern, dass sie weniger Abfall produzieren[1]
     • Produkte zu entwerfen die sich leicht zerlegen lassen[1] (Prinzip der Einfachheit)
     • Produkte zu entwerfen die eine lange Lebensdauer haben[1] (Abkehr vom Irrwitz der geplante Obsoleszenz)
     • Design der Produkte und die industrenne Prozesse so zu verbsessern, dass alle Materialien mit möglichst wenig Aufwand und Energieeinsatz wieder dem industriellen Prozessen als Input zur Verfügung gestellt werden können.

Die Designidee "Cradle-to-Cradle (C2C)" bzw. "von der Wiege bis zur Wiege" propagiert einen abfallfreien Kreislauf und wird heute in Nischenmärkten bereits getestet. Dem Beweis, dass dies hocheffizient funktionieren kann liefert das biologische Ökosystem, das seit Milliarden von Jahren alles, was es produziert auch wiederverwertet. Solch eine "industrielle Ökologie", das Schließen des Ressourcenkreislauf, ließe sich sicher entwickeln. Allerdings wird dies nicht die unsichtbare Hand des Marktes richten - es Bedarf dem Willen der Gesellschaft dies zu erreichen und es bedarf klarer Ziele und Rahmenbedingungen durch die Politik, die eine Entwicklung in diese Richtung leitet.[1]

[1] Bardi, Ugo (2013): Der geplünderte Planet, oekom

[2] Greenpeace Energy (23.05.2015): Mehr als 100 Milliarden Euro Subventionen für Hinkley Point C

[3] Energy Brainpool (08.06.2015): HÖHE DER STAATLICHEN FÖRDERUNG VON HINKLEY POINT C

[4] Fraunhofer ISE (28.08.2016): Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland

[5] Deutsches Kupferinstitut (Abruf 21.09.2016): Recycling von Kupfer und Kupferlegierungen

[6] Deutscher Naturschutzring (21.09.2016): Recyclingquoten im Kreislaufwirtschaftspaket erst in drei Jahren?

[7] BMUB: Abfallwirtschaft

[8] Die Welt (22.09.2015): 90% des Elektromülls wird illegal entsorgt

[10] fr-online (22.11.2016): Müll-Import: Der Müllstaubsauger Europas

[11] Umweltbundesamt (September 2016): Die Nutzung natürlicher Ressourcen - Bericht für Deutschland 2016