Pictures of the Future Herbst 2008
Zukunft der Rohstoffe – Rare Bodenschätze
Auswege aus dem Engpass
Kupfer, Indium, Germanium – ohne diese und viele weitere Rohstoffe würde unsere moderne Welt nicht funktionieren. Doch die Preise steigen dramatisch, und die Vorräte scheinen zur Neige zu gehen. Ein Team bei Siemens untersucht die Risiken für den Konzern und macht Vorschläge für Alternativen.
Im Periodensystem nicht an erster Stelle, trotzdem sehr begehrt: Aluminium und Kupfer (Bilder rechts). Die beiden Metalle stecken in vielen Dingen – wie etwa in Stromkabeln (rechts oben)
Computerchips gibt es buchstäblich wie Sand am Meer: Der Grundstoff für die Innereien von Computer, MP3-Player und vielen weiteren Errungenschaften unserer digitalen Welt ist Silizium und damit nichts anderes als Sand – und unerschöpflich. Dennoch droht der Elektronikindustrie akute Rohstoffknappheit. Denn neben Silizium stecken in jedem Mikrochip winzige Mengen seltener Materialien wie Germanium oder Tantal, die selbst aufmerksame Chemieschüler nur mit Mühe im Periodensystem der Elemente finden. Dass sich die Öffentlichkeit nicht für diese Rohstoffe interessiert, ist angesichts explodierender Ölpreise verständlich – aber gefährlich. Rohstoffe wie Metalle und Mineralien machen in Deutschland 40 % der Produktionskosten der Industrie aus. Laut dem Bericht zur Rohstoffsituation 2006 der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) betrugen im Jahr 2004 die Rohstoffimporte Deutschlands für Metalle, Eisen und Stahl 16,3 Mrd. € und 2006 bereits 30,9 Mrd. €. Dies verdeutlicht das Ausmaß und die Brisanz unserer Rohstoffabhängigkeit. Auch andere rohstoffarme Länder wie Japan, aber auch China und die USA hängen am Tropf der Rohstoffimporte.
Nicht knapp, aber zu teuer. Tatsächlich sind die US-Dollar-Preise in den letzten vier Jahren für viele Metalle und Mineralien dramatisch gestiegen, bei Kupfer etwa um das Dreifache. Diese Hiobsbotschaften haben die Politik wachgerüttelt, weil steigende Preise auf zur Neige gehende Ressourcen hindeuten könnten. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie hat deshalb das Rheinisch-Westfälische Institut für Wirtschaftsforschung, das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) untersuchen lassen, welche der wichtigsten Metalle und Industrieminerale wirklich knapp sind.
Die gute Nachricht: Fast alle Rohstoffe sind in ausreichenden Mengen vorhanden. "Ist ein Rohstoff knapp, hat das nichts mit der geologisch vorhandenen Menge zu tun", beruhigt Dr. Gerhard Angerer vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe. Kommt es zu einem Versorgungsengpass und zu steigenden Preisen, sei immer die Marktknappheit schuld, also eine Schieflage von momentanem Angebot und Nachfrage. Das beste Beispiel dafür ist Chrom. Obwohl die Chromressourcen in der Erdkruste für 600 Jahre reichen hat sich sein Preis seit 2003 mehr als verdreifacht. "Endlichkeit eines Rohstoffs heißt nicht, dass die Ressourcen erschöpft sind, sondern dass der Preis so hoch ist, dass es sich nicht mehr lohnt, diesen Stoff zu verwenden", meint Dr. Friedrich Lupp von Siemens Corporate Technology in München.
Entwarnung also? Nicht ganz, denn einige wenige Rohstoffe scheinen tatsächlich knapp zu sein, zuallererst Indium. Das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist schockte letztes Jahr mit der Prognose, dass die geologischen Reserven des seltenen Metalls nur noch für fünf Jahre reichten – was laut BGR aber nur für die bekannten Ressourcen gelte, viele Lagerstätten seien noch gar nicht erfasst worden. Das liegt auch daran, dass es gar keinen eigenständigen Indium-Bergbau gibt, weil Indium immer als Abfallprodukt bei der Verhüttung von Zink gewonnen wird. Dennoch müssen große Industrieunternehmen wie Siemens auf solche Nachrichten reagieren. "Wer sich auf dem Markt dauerhaft behaupten möchte, der muss den Blick in die Zukunft richten und sich intensiv mit Veränderungen auseinandersetzen", so Stephan Gierszewski von CSP Manufacturing Development. Gierszewski ist Koordinator der Initiative Innovation in Manufacturing, die ins Leben gerufen wurde, um den Konzern für diese Themen zu sensibilisieren. sMET steht für "sustainable Material, Energy & Technology" und hat die Aufgabe, für diese drei Themenbereiche ein globales Experten-Netzwerk zu etablieren. Es soll Best-Practice-Lösungen als zu- kunftsweisende Standards siemensweit verbreiten. Roland Kolbeck, Sprecher des sMET- Teams: "Wir suchen nicht nur nach internen, sondern auch nach externen Lösungen, stoßen weitergehende Entwicklungen an und optimieren die Kommunikationswege."
Indium in Leuchtdioden. Im Falle von Indium gibt es teilweise Entwarnung. Geringe Mengen Indium kommen in der Healthcare Sparte beim Bau von Röntgenröhren zum Einsatz. "Doch dieses wird nach Ende des Strahlereinsatzes vollständig recycelt – somit wird hier Indium nur für das Neugeschäft zugekauft", so Dr. Ludwig Herbst vom sMET-Team. Direkt betroffen von einer Indium-Knappheit wäre die Siemens-Tochter Osram, wo das Metall in der Verbindung Indium-Zinn-Oxid (ITO) für transparente Elektroden zum Beispiel in Produkten mit organischen Leuchtdioden benötigt wird. Laut Friedrich Lupp arbeitet Siemens CT an Techniken, mittels Mehrschichtsystemen den Verbrauch von Indium deutlich zu verringern. Erste Prototypen derartiger Systeme wurden bereits erfolgreich getestet. Bezüglich der Knappheit bei Germanium sieht das sMET-Team keinen direkten Handlungsbedarf. Da Siemens selbst keine entsprechenden Produkte herstelle, sei man nicht direkt betroffen, so Lupp.
Das sMET-Team kümmert sich vor allem um Massenanwendungen innerhalb von Siemens. So hat das Team untersucht, welche Produktfamilien wie viel Kupfer verbrauchen und wie man es ersetzen kann. Einfache Antwort: Kupfer lässt sich in vielen Applikationen durch Aluminium ersetzen. Noch 2003 waren beide Metalle gleich teuer, heute kostet Kupfer auf dem Weltmarkt das Dreifache. Trotz des verlockenden Kostenvorteils ist der Umstieg auf Aluminium schwierig. So lässt sich Aluminium nicht ohne aggressive Flussmittel löten, weil es an Luft auf der Oberfläche sofort eine Oxidschicht bildet. Hier hat Siemens ein Verfahren entwickelt, das diese Schicht während des Lötens mit Ultraschall entfernt. Am einfachsten wäre der Umstieg bei Schienenverteilsystemen – wenn die Kunden es akzeptieren würden. "Bestimmte Märkte in Asien wollen grundsätzlich kein Aluminium bei den Verteilsystemen", weiß Jochen Reitemeyer vom sMET-Team. "Eine rationale Begründung dafür gibt es aber nicht."
Ersatzstoffe sind nicht immer die Lösung, zum Beispiel beim Lot zum Verbinden von Metallen. Es enthält Blei, das man zum Schutz der Gesundheit durch Silber und Zinn ersetzt, also durch Rohstoffe, die noch teurer und knapper sind. Die Nachfrage bei Zinn steigt jedes Jahr um 10 %. Und seit einem Jahrzehnt wird jedes Jahr deutlich mehr Silber verbraucht als gefördert, allein 800 t im Jahr 2007. Ausgeglichen wird das durch Verkäufe von Silberreserven durch Regierungen. "Damit hat man ein Problem gelöst und ein neues geschaffen", sagt Friedrich Lupp. Das sMET-Team bei Siemens forciert deshalb den Einsatz von Laserschweißverfahren, die ohne Lot auskommen.
Rare Rohstoffe vermeiden: Siemens setzt dazu beispielsweise vermehrt Laserschweißverfahren ein, die ohne Lot aus teurem Silber und Zinn auskommen
Rohstoffe sparsam verwenden. Dass die oben erwähnte Studie relativ optimistisch ausfällt, liegt laut Gerhard Angerer vor allem daran, dass die drei beteiligten Institute den technologischen Fortschritt mit eingerechnet haben. In früheren Schätzungen, etwa in dem berühmten Bericht "Die Grenzen des Wachstums" des Club of Rome von 1972, fielen diese Aspekte einfach unter den Tisch. Effizienzgewinne beim Materialeinsatz durch rohstoffsparende Technologien sind aber ein wichtiger Faktor, wie die aktuelle Studie belegt. Bezogen auf alle Rohstoffe – metallische und zur Energiegewinnung – könnte die deutsche Industrie 120 Mrd. € pro Jahr einsparen, wenn sie alle Effizienzpotenziale ausschöpfen würde. Das wären immerhin 20 % der Rohstoffkosten.
Der Schwarzmarkt blüht deshalb – mittlerweile für fast alle Metalle: Immer mehr Hausbesitzer, Bauunternehmen oder Kommunen klagen über verschwundene Kupfer-Dachrinnen und sogar eiserne Gullydeckel. Deutschland als rohstoffarmes Land müsse deshalb auf Leichtbau, Miniaturisierung, neue Produktionsverfahren und natürlich Recycling setzen, fordern die Autoren – mit Erfolg: 56 % des hier zu Lande verbrauchten Kupfers wird bereits aus Kupferschrott gewonnen, weltweit sind es erst 13 %.
Bernd Müller
Der Schatz, der in einer Metro steckt
Wer träumt nicht von riesigen Renditen für sein Erspartes? "Dann bringen Sie Ihr Geld nicht auf die Bank, sondern kaufen Sie sich am besten einen Metrozug von Siemens. Denn der bringt am Ende seiner Betriebszeit noch viel Geld ein." Diese Rechnung stammt von Dr. Walter Struckl, Environmental Construction Officer für Metros und Straßenbahnen bei Siemens Mobility in Wien. Struckl hat für das Angebot von 33 dreiteiligen Zügen für die Metro in Oslo die laut Ausschreibung geforderte Materialdeklaration erstellt und die Entsorgungskosten errechnet. Danach besteht ein Zug aus 45 t Eisenlegierungen, 31 t anderen Metallen wie Aluminium und Kupfer, sowie aus 10 t Kunststoff und geringen Mengen an Lacken und Elektronik. Struckl hat das Konzept einem Recyclingunternehmen vorgestellt und war verblüfft: "Die waren extrem heiß auf die Metalle." Vor allem auf die Kabel, denn Kupfer werde inzwischen gehandelt wie Gold.
95 % der gesamten Rohstoffe der Metro lassen sich laut der Verwertungsstudie recyceln, rund 85 Prozentpunkte stofflich, zehn Prozentpunkte thermisch, also durch Verbrennen zur Energiegewinnung. Spezialisierte Recyclingunternehmen trennen die Metalle vom Rest, schreddern sie und wirbeln sie in einem Zyklon – einer Art künstlichem Tornado – auf, der sie nach Dichte beziehungsweise magnetischen Eigenschaften trennt. Eine Kalkulation im Rahmen der Verwertungsstudie hat ergeben, dass sich aus der Differenz aus Recyclingaufwand und erzielbarem Schrottpreis ein Gewinn von 60 000 € errechnet. "Das war aber 2006", sagt Struckl, "inzwischen sind die Rohstoffpreise weiter gestiegen, so dass der aktuelle Gewinn noch größer ist."
Und dieser Trend dürfte sich infolge des weltweiten Nachfrageschubs fortsetzen. Hinzu kommt, dass bei der Routinewartung immer wieder verschlissene durch neue Komponenten ersetzt werden. Im Laufe der drei Jahrzehnte Dienstzeit wird jeder Zug noch einmal gebaut. Auch wenn ein Metrozug zwischen 3 und 4 Mio. € kostet, lohnt er sich als Geldanlage. Walter Struckl präzisiert deshalb seinen Ratschlag: "Kaufen Sie sich eine ausgemusterte Metro und eröffnen Sie ein Entsorgungsunternehmen – Sie können nur gewinnen."