Urban Mining - Stadtgold, Quelle: Christian Vorhofer/ Plainpicture

Zivilisationsgold: Erstmals Potenzial fürs Urban Mining bis 2040 kartiert

Deutschland ist Großverbraucher von Rohstoffen aber bei vielen wichtigen Metallrohstoffen und Industriemineralien fast vollständig – außer bei Kali- und Magnesiumprodukten – auf Importe angewiesen. Dabei sind wir umgeben von großen Mengen wertvoller Materialien. Warum also nicht die riesigen Rohstoffquellen erschließen, die wir uns selbst geschaffen haben und die bei uns vor der Haustür liegen? Das sogenannte anthropogene Lager ist ein durch menschliche Tätigkeiten entstandenes Stofflager. Dazu gehören etwa Büro- oder Wohngebäude, Fahrzeuge, Windräder oder Kühlschränke, Waschmaschinen, Computer. Das Recycling und die Wiedergewinnung von Rohstoffen aus dem anthropogenen Lager nennt man Urban Mining. Wie groß das anthropogene Lager in Deutschland ist und wird, hat jetzt ein Forschungsteam von Öko-Institut, ifeu und ifu Hamburg berechnet und eine Prognose über das realistische Potenzial für Sekundärrohstoffe aus dem Urban Mining bis zum Jahr 2040 gegeben.

Erstmals wurde das anthropogene Metalllager in Deutschland vermessen. Ein Forschungsteam des Öko-Instituts hat die Stoffströme und Verwertungswege von sieben Metallen und Legierungen analysiert und so deren Potenziale fürs Urban Mining kartiert. Dazu haben die Wissenschaftler*innen ein Rechenmodell entwickelt, Daten gesammelt und die Ergebnisse in Workshops mit Expert*innen diskutiert. Das Ziel: Eine systematischen Wissensgrundlage fürs Urban Mining schaffen, um die Kreislaufwirtschaft zu einer ressourcenschonenden Stoffstromwirtschaft weiterentwickeln zu können.

Diese Basis- und Sondermetalle wurden kartiert:

  1. Aluminium (Nichteisenmetall)
  2. Magnesium (Nichteisenmetall)
  3. Zink (Nichteisenmetall)
  4. Zinn (Nichteisenmetall)
  5. Edelstahl (Nichteisenmetall)
  6. Messing (Legierung)
  7. Neodym-Eisen-Bor-Magnetmaterialien/ Seltene Erden (Legierung)

Außer bei Aluminium wird das anthropogene Lager in den nächsten 20 Jahren bis 2040 um rund ein Drittel wachsen und so auch der Output. Jedoch auch die Mengen an den drei Verbleibsorten der Rezyklate werden sich dementsprechend entwickeln. Ein Großteil wird exportiert, der Teil, der in Deutschland bleibt, bleibt ebenfalls stabil. Nur die Materialverluste durchs Recycling steigen nicht vergleichbar dank kontinuierlich genauerer Verfahren.

Es ist wichtig, das wachsende anthropogene Lager und dessen Recycling immer mehr für die inländische Recyclingwirtschaft zu sichern. Jedoch sorgen Energiepreise und Personalkosten, sowie gesetzliche Regelungen dafür, dass der Standort Deutschland für die Metallindustrie weniger attraktiv ist als noch vor Jahrzehnten. In der Folge schrumpften die Kapazitäten für die Produktion von verschiedenen Primär- und Sekundärmetallen, sodass in der Folge Schrott exportiert werden muss, da er nicht mehr in Deutschland verwertet werden kann.

Wie viele Sekundärrohstoffe – auch Rezyklate genannt – sich perspektivisch gewinnen lassen, hängt davon ab,

  • wie der Output, also die Menge und Qualität der zurückgewonnenen Rohstoffe aussieht,
  • wie viel beim Recycling an Material verloren wird.
  • Und wie viel exportiert wird.

Methode: Qualitätskriterien, Qualitätskiller und Mengenströme

Die Materialien wurden bezüglich ihrer Recyclingfähigkeit untersucht. Die Frage lautete: Welche Qualitäten müssen erreicht werden, um als Ersatz für die Primärmaterialen dienen zu können? Auch wurde untersucht, wo die Produkte Rezyklate oder Sekundärrohstoffe zusätzlich eingesetzt werden könnten. Dies wurde mit allen Akteuren diskutiert, um kritische Wertschöpfungsstufen zu identifizieren, in denen äußere Einflüsse die Qualität der Sekundärrohstoffe verderben können. Beteiligt waren die Verbände BVSE, BDSV, das Deutsche Kupferinstitut, Aluminium Deutschland, die Wirtschaftsvereinigung Metalle sowie Hersteller von Messing und Wissenschaftler*innen von Universitäten. Für die identifizierten Probleme wurden Lösungsansätze entwickelt. Zudem gab es eine Mengenstromprognostik unter Einbezug zukünftiger Entwicklungen, wie der Elektromobilität. Der Rückfluss an Materialien aus dem anthropogenen Lager zurück in den Wirtschaftskreislauf und wie viele Verluste das Recycling verursacht, wurde so dargestellt.

Ergebnisse

Im Folgenden wird nur auf den Strom der Basis- und Sondermetalle Edelstahl, Messing, Zink, Zinn, Aluminium, Magnesium und Seltene Erden in Magneten (Neodym-Eisen-Bor-Magnete) eingegangen. Die folgenden neun Sektoren speisen das anthropogene Metall-Lager in Deutschland:

  • technische Güter im Hochbau (Wohnen und Nicht-Wohnen), z. B. Geländer, Fahrstühle, Metallfenster
  • mobile Güter in Gebäuden (ohne Elektrogeräte), z. B. Besteck, Metallskulpturen, Metallkoffer
  • mobile Güter in Gebäuden (Elektrogeräte), z. B. Computer, Smartphones, Küchenmaschinen
  • Stromerzeugungsanlagen, z. B. Windenergieanlagen, Kohlekraftwerke, Photovoltaikanlagen
  • Stromnetze, z.B. Hochspannungsleitungen inklusive Masten oder Erdkabel
  • Fahrzeuge, z. B. PKW, LKW, Züge, Schiffe
  • Verkehrsinfrastruktur, z. B. Leitplanken, Brückengeländer, Ampeln
  • Industrieanlagen, z. B. Destillationskolonnen, Edelstahltanks
  • Maschinen, z. B. Bagger, Kräne, Walzanlagen.

Die Verwertungswege für die verschiedenen Güter und der darin enthaltenen Metalle sind unterschiedlich. In der folgenden Abbildung sind alle betrachten Umwandlungsprozesse dargestellt.

Generalisierter Verwertungsweg - Quelle: Öko-Institut

Wie dargestellt beginnt der Verwertungsweg mit dem Abfluss aus dem Güterlager.

  1. Der erste Schritt ist die Erfassung des Metallstroms, bei der eine Aufteilung in Behandlung, Export und Müllverbrennungsanlage (MVA) stattfindet. In diesem Schritt gibt es diffuse Verluste von 5 Prozent (Gebäude, Infra­struktur) bis 20 Prozent (Elektrogeräte). Der Export ganzer Güter ist vor allem relevant für Fahrzeuge und Maschinen: Er liegt zwischen 0 Prozent bei Gebäuden und Infrastruktur und 60 Prozent bei Fahrzeugen. Die Abfallverbrennung (MVA) ist relevant für mobile Güter wie beispielsweise Besteck und Elektrogeräte. Die Effizienz der Schlackenaufbereitung (Rückstände aus der Verbrennung) liegt je nach Metall zwischen 0 Prozent bei Zinn und 56 Prozent bei Aluminium, Edelstahl, Messing.
  2. Bei der Behandlung werden die Güter aufgetrennt in einzelne Metalle oder Metallgemische. Hier kommen Zerkleinerungs­technologien zum Einsatz, die vor allem für Fahrzeuge und mobile Güter große Auswirkungen haben. Es kommt zu Verlusten zwischen 1 Prozent für Zinn aus Windenergieanlagen und 75 Prozent bei Zinn aus Fahrzeugen.
  3. Der Export aufbereiteter Schrotte schwankt stark und liegt zwischen null Prozent bei Messing und 95 Prozent bei Edelstahl. Metallspezifische Prozesse für die Rückgewinnung weisen eine Effizienz von 65 Prozent bei Zinn und 95 Prozent bei den übrigen Metallen auf. Beispiele: Die Kupferhütte für Messing, bei welcher Kupfer sowie Zinkverbindungen ausgebracht werden, das Stahlwerk und das Wälzrohr für verzinkte Güter, die Rückgewinnung von Magnesium im Recycling von Aluminiumlegierung, bei der die Legierung rückgewonnen wird und nicht das Metall separat. Aus diesen Umwandlungen werden die Metallmengen an den drei Orten des Verbleibs – Export, Recycling in Deutschland und Verluste – berechnet. Der Export von Metallströmen – in welcher Form auch immer – aus dem anthropogenen Lager bedeutet in den meisten Fällen, dass das Recycling der Metalle im (europäischen) Ausland stattfindet.

Der Bestand der Metalle

Der Bestand der einzelnen Metalle ist sehr unterschiedlich, da er von den Anwendungsfeldern abhängt. Während der viel verwendete Edelstahl im Startjahr 2015 mit gut 94 Millionen Tonnen innerhalb der untersuchten Metalle/Legierungen die Spitzenposition einnimmt, sind die Lager von Zinn (gut 67.000 Tonnen 2015) und Neodym-Eisen-Bor-Magnetmaterial (knapp 34.000 Tonnen 2015) die beiden kleinsten. Zinn wird beispielsweise hauptsächlich in Elektronik und als Lagermetall eingesetzt, während Neodym-Eisen-Bor-Magnetmaterial hauptsächlich in Permanentmagneten für Elektromotoren und Generatoren verwendet wird. Die stark wachsenden Anwendungen in elektronischen Geräten, Elektromobilität sowie Windkraftanlagen lässt das Lager bis 2040 stark wachsen. Bei Zinn wird sich das Lager verdoppeln, bei Neodym-Eisen-Bor-Magnetmaterialien sogar verdreifachen. Das Lager der übrigen Materialien hat sich weitgehend stabilisiert und wächst mit dem mittleren Wachstum der Wirtschaft um etwa 2 Prozent pro Jahr und um rund 50 Prozent über 25 Jahre. Die Entwicklung des Lagers in Deutschland in Tonnen ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Entwicklung des anthropogenen Metalllagers in Deutschland - Quelle: Öko-Institut

Output: Die Menge der Sekundärrohstoffe nach dem Recycling

Nicht nur das anthropogene Lager aller betrachteten Metalle/Legierungen wächst in Deutschland zwischen 2015 und 2040. Auch die Mengenströme zur Verwertung wachsen mit. Somit wird das Potenzial für das Urban Mining deutlich größer werden als heute. Die Entwicklung des Lageroutputs – in Tonnen pro Jahr – ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Entwicklung des Outputs des anthropogenen Metalllagers in Deutschland - Quelle: Öko-Institut

Rezyklate aus Deutschland: was bleibt und was exportiert wird

Neben dem direkten Output ist es vor allem wichtig, welche Wege die Ströme gehen. Jedes Metall weist einen anderen Ver­wertungsweg auf und verteilt sich entsprechend unterschiedlich auf die Verbleibsorte.

  • Etwas mehr Aluminium wird exportiert als in Deutschland recycelt. Der Grund: einerseits der Export des Schrottes und andererseits vor allem der Export von gebrauchten Autos und Maschinen.
  • Edelstahl wird vor allem als Metallschrott direkt exportiert und auch bei messinghaltigen Gütern ist der Export derzeit der vorherrschende Weg.
  • Bei Zink und Magnesium zeigen sich gleichermaßen Export und Recycling in Deutschland.
  • Zink auf Stahl und Zinn werden vor allem in Deutschland recycelt.

Allerdings sticht in absoluten Mengen vor allem das Recycling von Aluminium in Deutschland heraus (Abb. 4). Für Seltene Erden finden sich zurzeit keine adäquaten Verwertungswege oder eine Rückgewinnungsstruktur. In der Zukunft kann dieses Potenzial aber durchaus gehoben werden. Die Verbleibsorte und die zugehörigen Metallmengen sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Entwicklung der Output-Mengen des anthropogenen Metalllagers in Deutschland nach Verbleibsorten - Quelle: Öko-Institut

Probleme und Lösungsansätze

Es zeigt sich, dass der Außenhandel verschiedener Metalle deutlich unterschiedliche Effekte auf die tatsächlich im Inland recyclingfähigen Sekundärmaterialien hat. Die Weltmarktpreise für Metalle und die Qualität der Schrotte kann hier zu Stoffstromumlenkungen führen. Optimierungspotenziale im Metallrecycling können vor allem durch technische Verbesserungen erreicht werden. Dazu zählt die bessere Detektion von Metallschrotten mit modernen spektroskopischen Verfahren in automatisierten Sortierprozessen. Vor allem Aluminium-, Messing- und Zink-Schrotte sind sehr inhomogen und müssen besser vorsortiert werden, um Legierungsbestandteile nicht zu verlieren. Gleichzeitig steigen die Qualitätsansprüche der potenziellen Abnehmer. Da die Einführung derartiger innovativer Verfahren mit beträchtlichen Investitionen verbunden ist, werden zur Unterstützung steuerliche Vergünstigungen oder Abschreibungsmöglichkeiten empfohlen. Ein weiteres Hemmnis stellt die „Null-Schadstoff-Philosophie“ im Produktbereich dar, die in der Konsequenz zum Erliegen ganzer Recyclingkreisläufe führen kann. Um dies zu verhindern, wird ein besserer und kontinuierlicher Austausch zwischen den in Deutschland zuständigen Behörden, Gremien und Praxisakteuren aus der Wirtschaft angemahnt. Diese und weitere Lösungsansätze können im Abschlussbericht nachgeschlagen werden.

Das Projekt

Das Projekt „KartAL III – Kartierung des Anthropogenen Lagers III – Etablierung eines Stoffstrom­managements unter Integration von Verwertungsketten zur qualitativen und quantitativen Steigerung des Recyclings von Metallen und mineralischen Baustoffen“ wurde vier Jahre lang im Auftrag des Umweltbundesamtes bearbeitet.

Dr. Winfried Bulach und Dr. Matthias Buchert sind Experten für Metallrecycling und arbeiten im Bereich „Ressourcen & Mobilität“ am Standort Öko-Institut Darmstadt. Felix Müller ist Fachreferent beim Umweltbundesamt in Dessau.

Weitere Informationen

https://www.oeko.de/publikationen/p-details/kartierung-des-anthropogenen-lagers-iii-kartal-iii

https://www.oeko.de/publikationen/p-details/stadtgold-metalllager-mit-zukunft

https://www.oeko.de/publikationen/p-details/city-gold-metal-stocks-with-a-future

Infografiken zum Thema „Urban Mining“

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