Die stetig wachsende Weltbevölkerung, die nachholende Industrialisierung in den Schwellenländern sowie die nach wie vor hohe Nachfrage nach Rohstoffen in der industrialisierten Welt führen zu einer enormen Beanspruchung der natürlichen Ressourcen und einer erheblichen Belastung der Umwelt. Aktuell verbraucht die Menschheit für die jährliche Produktion von Gütern und Dienstleistungen 1,7 Erden: Das heißt, wir nutzen die Natur 1,7-mal schneller, als Ökosysteme sich regenerieren können, und es ist absehbar, dass die Vorkommen mancher Rohstoffe bald erschöpft sein werden.
Zugleich werden damit auch Fragen nach der Wiederverwertung der bereits genutzten Rohstoffe immer relevanter – und, damit verbunden, wird auch eine andere Betrachtung unseres "Mülls" interessant und notwendig. Denn die Dinge, die wir täglich ausmustern und wegschmeißen, sind zugleich ein Fundus an wichtigen Materialien und Stoffen, die sich wieder nutzbar machen ließen. In unserem Müll sind diese wertvollen Stoffe schlicht zur falschen Zeit am falschen Ort
Um diese Zusammenhänge zu verdeutlichen, werde ich im Folgenden zunächst auf einige allgemeine Grundlagen zur Reichweite von Rohstoffen und ihrer Verteilung eingehen, um dann im Speziellen drei wichtige Rohstoffe näher zu betrachten, ohne die unser Leben anders aussähe: Phosphor, Kobalt und Kupfer. Ihnen allen ist gemeinsam, dass sie allgegenwärtig sind, aber ebenfalls in großen Mengen ungenutzt oder vermeintlich "verbraucht" auf Deponien landen.
Reichweite und Verteilungsungleichgewicht
Das Problem der Verknappung von Rohstoffen lässt sich durch die Betrachtung der sogenannten statischen Reichweite veranschaulichen. Die Reichweite gibt das Zeitintervall an, wie lange ein Rohstoff nach aktueller Datenlage zur Verfügung steht. Berechnet wird dieser nach den derzeit bekannten und wirtschaftlich gewinnbaren Vorräten (Reserven) und der aktuellen Produktion eines Rohstoffes.
Global betrachtet sind die Rohstoffe ungleich verteilt: Die Lagerstätten konzentrieren sich oft auf wenige Länder, was mit einer regionalen Abhängigkeit einhergehen kann. Deutschland ist weltweit einer der größten Rohstoffkonsumenten. Die inländischen Rohstoffe beschränken sich jedoch maßgeblich auf Kies, Sand, Kalkstein und Ton – eine Vielzahl von Rohstoffen wie Eisen, Buntmetalle und sogenannte Technologierohstoffe müssen importiert werden.
Deutschland sichert sich seine Position auf dem Weltmarkt durch Exporte von Technologien. Diese können nicht ohne Energierohstoffe und Metalle produziert werden, was zu einer geopolitischen Abhängigkeit von anderen Ländern führt. Die steigende Nachfrage nach bestimmten Elementen lässt rohstoffreiche Länder an Bedeutung gewinnen, sowohl für den globalen Markt als auch für Deutschland. Damit steigt auch die Bedeutung des Rohstoffsektors für die Entwicklung der Produzentenländer selbst.
Um eine Vorstellung von zukünftigen potenziellen Versorgungsengpässen zu erhalten, wird auf sogenannte Kritikalitätsanalysen zurückgegriffen. In diesen werden einerseits die sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Versorgung (Versorgungsrisiken) und andererseits die Abhängigkeit einer Wirtschaft von den mineralischen Rohstoffen (Vulnerabilität) berücksichtigt. Genauer: Rohstoffe sind als kritisch zu bezeichnen, "wenn das mit ihnen verbundene hohe Versorgungsrisiko in erster Linie darauf zurückzuführen ist, dass sich die weltweite Produktion zum großen Teil in wenigen Ländern konzentriert".
Beispielsweise wurden in der Studie "Critical Raw Materials for the EU" 20 von 54 untersuchten Rohstoffen für die Europäische Union als "versorgungskritisch" eingestuft.
Die Kritikalitätsbetrachtungen basieren in der Regel auf qualitativen Experteneinschätzungen. Dennoch liefern sie wertvolle Hinweise für die Bewertung der Rohstoffverfügbarkeit in einzelnen Ländern, um zukünftige Entwicklungen besser abschätzen zu können. Die folgenden Beispiele – Phosphor, Kobalt und Kupfer – stehen exemplarisch für die Notwendigkeit, unsere Ressourcen intensiver in den Blick zu nehmen. Dabei soll der Fokus verstärkt von den Primärrohstoffen auf die Sekundärrohstoffe gelegt werden. Sekundärrohstoffe sind Elemente beziehungsweise Stoffe, die aus flüssigen oder festen Abfällen stammen und durch gezieltes Recycling für den Wertstoffkreislauf zurückgewonnen wurden.
Lebensessenz Phosphor
Ein lebensnotwendiger Nährstoff für alle Organismen ist Phosphor. Für zahlreiche physiologische und biochemische Prozesse, etwa für die DNA, die Zähne oder den Knochenbau, ist dieser Stoff essenziell. Phosphor wird – in Form von Phosphaten, also Salzen der Phosphorsäure – ausschließlich durch die Nahrung aufgenommen und kann nicht selbstständig vom Körper gebildet werden. Neben Kalium und Sticksoff ist Phosphor einer der drei Hauptnährstoffe für Pflanzen, der nicht durch andere ersetzt werden kann. Um eine optimale Pflanzenentwicklung zu ermöglichen, muss Phosphat in ausreichender Menge und in pflanzenverfügbarer Form im Boden vorhanden sein. Aufgrund seiner Relevanz für die Nahrungsmittelproduktion zählt Phosphor zu den wichtigsten mineralischen Rohstoffen.
Das Hauptanwendungsgebiet von Phosphor ist die Düngemittelindustrie. Von der gesamten Phosphatproduktion fließen 80 bis 90 Prozent in diesen Sektor,
Mineralisches Phosphat wird fast ausschließlich im Tagebau gewonnen. Die Lagerstätten sind zu 85 Prozent aus sedimentären und rund 15 Prozent magmatischen Ursprungs.
Die Nachfrage an Düngemitteln ist seit den 1980er Jahren um rund 30 Prozent angestiegen. Speziell in den Schwellenländern hat sie sich stark erhöht, vor allem wegen des gestiegenen Bedarfs an Lebensmitteln, Futtermitteln und Biokraftstoffen.
Da Phosphor ein nicht erneuerbarer Rohstoff ist, wird in den vergangenen Jahren vermehrt auf seine Knappheit hingewiesen. Der sogenannte peak phosphor – also der Zeitpunkt, zu dem die maximale globale Phosphorproduktionsrate erreicht ist – soll in etwa 20 Jahren erreicht sein. Die globalen Phosphatreserven werden aktuell noch auf rund 70 Milliarden Tonnen geschätzt. Bei einem jährlichen Verbrauch von etwa 260 Millionen Tonnen ergibt sich daraus eine statische Reichweite von mehr als 300 Jahren.
Wegen fehlender Lagerstätten sind die Länder der Europäischen Union fast zu 100 Prozent abhängig von ausländischen Phosphorimporten. Auch die Europäische Kommission hat Phosphor als kritischen Rohstoff eingestuft. Begründet wird dies unter anderem durch geopolitische Unwägbarkeiten sowie starke Preisschwankungen durch unerwartete Nachfrageschübe aus Drittländern.
Tatsächlich aber ist Deutschland gar kein phosphorarmes Land. Allein der Klärschlamm, der jährlich in der Bundesrepublik anfällt, enthält rund 60.000 Tonnen Phosphor. Dieses gelangt über die Ausscheidungen der Menschen in die Abwässer und wird in Kläranlagen teilweise aufbereitet. Etwa ein Viertel des Klärschlamms wird in der Landwirtschaft genutzt.
Das Interesse an neuen Rückgewinnungsverfahren ist nicht zuletzt deshalb groß, weil mit der Neufassung der Klärschlammverordnung vom 3. Oktober 2017 die Rückgewinnung aus Klärschlamm beziehungsweise Verbrennungsaschen zur Pflicht geworden ist. Bis 2029 müssen Kläranlagen ab 100.000 Einwohnerwerten und ab 2032 mit einer Ausbaugröße über 50.000 Einwohnerwerten eine Phosphorrückgewinnung vorweisen. Schlämme mit einem höheren Phosphorgehalt als 20g/kg Trockenmasse dürfen dann nicht mehr direkt landwirtschaftlich genutzt werden, um der Sorge eines Schadstofftransfers in die Futtermittel- beziehungsweise Nahrungsmittelkette vorzubeugen. Aktuell werden in Deutschland rund 70 Verfahren zur Phosphatrückgewinnung diskutiert. Von diesen sind etwa 30 in der Erprobung. Nur wenige werden gegenwärtig im Pilotmaßstab getestet, der die notwenigen Parameter für einen Einsatz in industriellen Großanlagen liefert.
Handyrohstoff Kobalt
Der Aufschwung der Hightechbranche in den vergangenen Jahrzehnten hat dazu geführt, dass ein Rohstoff aus unserem Umfeld nicht mehr wegzudenken ist: Kobalt. Das Metall ist ferromagnetisch und sehr hart. Es behält seine Stabilität sowie die magnetischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bei und ist ein guter Strom- und Wärmeleiter. Sein Hauptanwendungsgebiet ist der Batteriesektor, wo es in Lithium-Ionen-Akkus verbaut wird. Weiterhin ist Kobalt ein wichtiger Rohstoff für temperaturbeständige Superlegierungen, Hochleistungsschnellschnittstahl, Katalysatoren, Hartmetalle, Färbemittel und Magnete. Die weltweite Nachfrage nach Kobalt ist zuletzt stark gestiegen. 2010 lag der jährliche Bedarf bei 65.000 Tonnen, 2015 betrug er über 90.000 Tonnen. Schätzungen zufolge wird die Nachfrage bis 2025 auf etwa 155.000 Tonnen pro Jahr ansteigen.
2017 wurden weltweit etwa 118.500 Tonnen Kobalt abgebaut, 64 Prozent davon (76.000 Tonnen) allein in der Demokratischen Republik Kongo.
In manchen Anwendungsbereichen, etwa für Legierungen, lässt sich Kobalt durch andere Stoffe ersetzen, jedoch macht dies nur einen geringen Teil aus und geht meist mit Einbußen der gewünschten Eigenschaften einher. Vor diesem Hintergrund und angesichts der zentralen Rolle, die Kobalt für die Hightechbranche spielt, ist es insbesondere in den Industrienationen angebracht, verstärkt über Recyclingmöglichkeiten nachzudenken. Einige Unternehmen haben bereits erfolgreiche Verfahren entwickelt, etwa die belgische Firma Umicore und die Firma Accurec aus Krefeld. Seit einigen Jahren wird Kobalt aus Katalysatoren, Hartmetall- und Superlegierungsschrott zurückgewonnen. Auch aus Lithium-Ionen-Batterien kann Kobalt in Form von Kobaltsulfat erfolgreich zurückgewonnen werden. Das Problem des Recyclings liegt indes weniger in den Verfahren als in der Sammlung und Vorbehandlung der Batterien. Weltweit werden rund 30.000 Tonnen Kobalt in kleinen Batterien verbaut, wie sie etwa in Smartphones und Laptops gebraucht werden. Nur ein kleiner Teil davon gelangt durch Recycling zurück in den Stoffkreislauf.
Angesichts schwankender beziehungsweise steigender Preise versuchen Unternehmen auf der gesamten Welt, ihre Kobaltversorgung zu sichern. Aktuell plant beispielsweise der südkoreanische Bildschirm- und Batteriehersteller Samsung SDI, Kobalt aus gebrauchten Mobiltelefonen zu recyceln. Das Recycling von Althandys und Smartphones birgt durchaus großes Potenzial: Es wird geschätzt, dass sich schon bald jährlich mehrere Tausend Tonnen Kobalt aus alten Batterien gewinnen lassen.
Allein 2018 wurden in Deutschland rund 22,7 Millionen Smartphones verkauft, und jährlich werden neue Absatzrekorde gemeldet.
Erstes Gebrauchsmetall: Kupfer
Kupfer ist eines der ersten Metalle, das von Menschen verwendet wurde. Und auch heute – trotz immer komplexer werdender technischer und industrieller Prozesse – gehört dieses Metall zu den am weitesten verbreiteten Materialien in unserem alltäglichen Umfeld. Seine vielfältigen Eigenschaften machen es zu einem der nützlichsten Werkstoffe überhaupt, der durch das Legieren mit anderen Metallen noch optimiert werden kann. Denn Kupfer hat eine hervorragende Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, ist sehr korrosionsbeständig und lässt sich gut verarbeiten und formen. Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsbereiche. Der wichtigste ist die Elektrotechnik, wo Kupfer beispielsweise als elektrischer Leiter für die Kabelindustrie zum Einsatz kommt. Das zweitwichtigste Anwendungsgebiet ist das Bauwesen, hier wird das Buntmetall unter anderem für Rohre im Sanitär- und Heizungsbereich benötigt.
Gewonnen wird Kupfer aus Erzen, Kiesen und Sanden, je nach den geografischen Gegebenheiten im oberflächennahen Tagebau oder "unter Tage" in Bergwerken. Das geförderte Erz wird durch Flotation zu Kupferkonzentrat aufbereitet. Dieses hat einen durchschnittlichen Kupfergehalt von 25 bis 35 Prozent. Anschließend wird das Konzentrat verhüttet und raffiniert. 2017 wurden weltweit rund 19,7 Millionen Tonnen Kupfer abgebaut. Das größte Abbauland ist Chile mit 5,3 Millionen Tonnen, gefolgt von Peru mit rund 2,4 Millionen Tonnen und China mit 1,8 Millionen Tonnen. Chile verfügt über die größten bekannten Kupfervorkommen der Welt (etwa 40 Prozent) und gehört zu den führenden Produzenten dieses Metalls. Die Reserven Chiles beliefen sich 2017 auf insgesamt 170 Millionen Tonnen. Die Länderkonzentration der Produktion ist trotz des großen chilenischen Anteils gering. Insgesamt werden die geopolitischen Risiken für den Kupfermarkt als unkritisch bis mäßig kritisch bewertet. Deshalb, aber auch wegen der weltweiten Verteilung der Produktionsstandorte, ist nicht zu befürchten, dass es zu einer Firmenkonzentration oder Konzentration der Rohstoffproduktion auf Länderebene kommt. Für Deutschland wird die Importabhängigkeit im Kupferbereich insgesamt als unkritisch eingeschätzt.
Die weltweiten Reserven werden auf 720 Millionen Tonnen und die statische Reichweite auf 39 Jahre geschätzt. Berücksichtigt man die vorhandenen Kupferressourcen (rund 2100 Millionen Tonnen), erhöht sich die geschätzte statische Ressourcenreichweite auf 112 Jahre.
Um die Verfügbarkeit von Kupfer also auch für die nächsten Jahrzehnte zu sichern, gilt es, die Voraussetzungen sowohl für den Abbau als auch für das Recycling des Metalls zu verbessern. Denn Kupfer wird in der Regel nicht "verbraucht": Kupfer ist einer der wenigen Rohstoffe, der ohne jeden Leistungsverlust immer wieder recycelt werden kann. Folglich gibt es keine Qualitätsunterschiede zwischen Primär- und Sekundärkupfer.
An und für sich ist Kupfer leicht zu recyceln, allerdings ergeben sich Schwierigkeiten bei der Sammlung. Aktuell werden jährlich etwa neun Millionen Tonnen Kupfer aus der Wiederverwertung von "altem" Schrott (Kupfer in Altprodukten) und "neuem" Schrott (der bei Produktions- und Fertigungsprozessen anfallende Schrott) gewonnen.
Abfall als Zukunftsrohstoff
Soll ein nachhaltiger und effizienter Umgang mit heutigen und zukünftigen Ressourcen erreicht werden, ist der Versorgung mit Sekundärrohstoffen eine besondere Bedeutung zuzuschreiben. Das Recycling von ausrangierten Produkten wie Althandys und -laptops, Schrott und Klärschlamm kann die Reichweite der primären Ressourcen maßgeblich verlängern. Somit birgt der "Müll" von heute erhebliches Potenzial, die zukünftige Versorgung mit Rohstoffen zumindest teilweise zu gewährleisten.
In Deutschland stand lange Zeit die sichere und umweltfreundliche Entsorgung im Mittelpunkt der Abfallwirtschaft. Die stoffliche und thermische Verwertung hatte primär die Reduktion der Restabfallmengen zum Ziel. Mittlerweile haben sich jedoch die Verwertungskonzepte der Kreislaufwirtschaft erfolgreich durchgesetzt, und mit dem Altpapier-, Kunststoff- und Glasrecycling sowie der getrennten Bioabfallsammlung und -kompostierung wurden wichtige Schritte hin zu einer geschlossenen Rohstoffwirtschaft getan. Zu einer zukunftsfähigen Kreislaufwirtschaft gehört aber auch der Blick auf das sortenreine und vollständige Wiedergewinnen knapper Ressourcen. Die Aufbereitung von Elektro- und Elektronikgeräten, die verschiedenste knappe Rohstoffmetalle enthalten, ist noch ausbaufähig. Hindernde Faktoren sind bislang einerseits die Aufbereitungskosten und andererseits der Mangel an praxistauglichen Aufbereitungs- sowie effizienten Trenntechnologien.
Darüber hinaus gilt es, Rückholkonzepte zu entwickeln beziehungsweise zu optimieren, um die hochkonzentrierten "kleinen Rohstoffminen", die in unseren Schubladen schlummern, wieder ins System zurückzuführen. Zu einer nachhaltigen Rohstoffpolitik gehört demnach auch, dass Wirtschaftsmodelle erdacht werden, bei denen nicht der Besitz beziehungsweise Kauf eines Gerätes im Vordergrund steht, sondern die Nutzung beziehungsweise die Miete eines Gerätes. Erst dann wird der Produzent seiner Produktverantwortung vollumfänglich gerecht und kann das von ihm gefertigte Gerät als Rohstofflager für die nächsten Gerätegenerationen nutzen.
Zu guter Letzt sollte der Effekt des Rohstoffrecyclings für den Klima- und Umweltschutz nicht unbeachtet bleiben. Die Erdbewegungen durch den Abbau von Rohstoffen aus geologischen Lagerstätten sowie die nachfolgende Aufbereitung bringen erhebliche Umweltbelastungen mit sich, unter anderem Bodendegradierung, Wasserknappheit, Verlust der biologischen Vielfalt und Beeinträchtigungen der Ökosystemfunktionen. Hinzu kommt der Energieaufwand, der mit der Produktion von Primärrohstoffen verbunden ist. Im Vergleich zur Primärrohstoffgewinnung entfallen beim Recycling und der Sekundärrohstoffgewinnung diese erheblichen Umweltbelastungen. Beispielhaft sei das Kupferrecycling angeführt, das rund viermal weniger Energie benötigt als die Primärgewinnung.