Be­darf an kri­ti­schen Me­tal­len für die Ener­gie­wen­de

Wenn ein Rohstoff fehlt, kann dies ganze Industrien empfindlich treffen. Seit rund zehn Jahren wird deshalb stark in die Erforschung von Hoch­technologie­metallen investiert, bei deren Versorgung es viele Risiken gibt und die deshalb als kritisch gelten. Wissen­schaftler aus dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcen­technologie (HIF), das zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf gehört, und der Technischen Universität Chemnitz haben die Studien zur Kritikalität unter die Lupe genommen und Fehler in den aktuellen Methoden zur Bewertung kritischer Rohstoffe entdeckt. Die Forscher regen daher eine Neuein­schätzung an, welche Elemente als kritisch einzustufen sind. Hierunter könnten dann auch Kupfer, Eisen, Aluminium und andere klassische Industrie­metalle fallen.

Als kritische Rohstoffe gelten bisher vor allem Hochtechnologie-Elemente. Die Grafik zeigt den Einfluss des Waren(Material)werts auf die Kritikalität von Ressourcen, die neu bewertet werden sollte, sagen Experten. (Bild: HZDR / bilderbuero)

Als die Volksrepublik China vor etwa zehn Jahren die Ausfuhr von seltenen Erden eine Zeit lang beschränkte, sorgte dies für erhebliche Unruhe auf dem globalen Rohstoff­markt. International erkannten Regierungen, wie verletzlich Industrien sind, wenn Ressourcen ausfallen. In vielen Ländern wurden deshalb Studien zur Kritikalität in Auftrag gegeben mit dem Ziel, besser zu verstehen, bei welchen Metallen Lieferprobleme zu erwarten sind. Die Ergebnisse sollen Politikern helfen, um Maßnahmen für eine sichere Rohstoff­versorgung zu planen.

Es gibt eine Vielzahl von Listen mit sogenannten kritischen Rohstoffen. Als kritisch gelten diejenigen Ressourcen, die sich durch eine große volkswirt­schaftliche Bedeutung sowie durch eine hohe Wahrschein­lichkeit für Versorgungsprobleme auszeichnen. Auf fast allen Listen kommen Hoch­technologie­metalle vor, wie Seltene Erden, Platingruppenmetalle, Niob, Tantal, Antimon, Gallium, Germanium und Indium. In ihrer aktuellen Studie „Kritische Rohstoffe – Sinn oder Unsinn?“ haben Max Frenzel und seine Kollegen geprüft, nach welchen Methoden die kritischen Rohstoffe ausgewählt werden und inwiefern diese den Vorgaben der klassischen Risiko­theorie gerecht werden.

Ob ein Rohstoff kritisch ist, hängt von vielen Risikofaktoren ab. Dazu zählen zum Beispiel die politische Stabilität des Landes, in dem der Rohstoff produziert wird, die Konzen­tration der Produktion einer Ressource in einem bestimmten Land oder die Nachfrage. Genau bei diesen Faktoren liegt laut den Experten eine große Schwäche der untersuchten Studien. „Diese begründen nicht, wie die Risiken ausgewählt, abgebildet und gewichtet werden, um daraus die Kritika­lität einzuschätzen. Das bedeutet, die Listen sind nicht verlässlich. Im besten Falle sind manche Rohstoffe gar nicht kritisch, die bisher so bewertet werden“, erklärt Frenzel.

Das Fazit der Forscher: Es besteht noch viel Forschungs­bedarf auf dem Feld kritischer Rohstoffe. „Es sollte eine korrekte Neubewertung kritischer Ressourcen durchgeführt werden. Dies erfordert dann auch die Neuein­schätzung bekannter Risiko­faktoren im Sinne der klassischen Risiko­theorie und damit sehr viel Arbeit und Zeit“, resümiert Frenzel. Nur durch Kooperation von Wissen­schaftlern aus unterschied­lichen Bereichen, wie Material- und Erdwissen­schaften sowie Physik, können die Funda­mente für eine sinnvolle Bewertung kritischer Rohstoffe auf der Grund­lage der Risiko­analyse neu gelegt werden.

„Vermutlich sind auch Metalle kritisch, die bisher noch nicht so eingestuft werden“, erläutert der Forscher weiter. Das könnte bestimmte klassische Industrie­rohstoffe betreffen. Derzeit haben in der EU Werkstoffe für die Stahl­erzeugung wie Eisenerz, Koks­kohle, Chrom und Nickel, die Industrie­metalle Kupfer, Aluminium, Titan und Zink sowie das Edelmetall Gold einen sehr hohen Material­wert. Aufgrund ihres breiten Einsatzes in allen Bereichen der Wirtschaft haben sie eine viel größere volks­wirt­schaft­liche Bedeutung als Hoch­technologie­elemente, die nur für extrem spezia­lisierte Anwendungen gebraucht werden. Bei einem Liefer­problem verursachen Industrie­rohstoffe deshalb ein größeres volkswirt­schaft­liches Risiko – ein wichtiger Aspekt bei der Frage, wie kritisch ein Rohstoff ist. Wird zum Beispiel nicht genug Stahl geliefert, der in fast allen wirtschaft­lichen Bereichen eingesetzt wird, ist mit deutlich höheren Kosten zu rechnen als bei einem vergleich­baren Engpass bei den seltenen Erden. Industrie­rohstoffe, die kritischer sein könnten als Hoch­techno­logie­metalle, werden in großen Mengen für den Bau neuer Wind- und Solar­anlagen, Energie­speicher und Strom­netze für die Energiewende gebraucht. Diese könnte also künftig den Bedarf an kritischen Ressourcen steigern, argumentieren die Forscher. (Quelle: HZDR)

Referenz: M. Frenzel, J. Kullik, M.A. Reuter, J. Gutzmer: Raw material ‘criticality‘ – sense or nonsense?, Journal of Physics: D, Applied Physics 50 (2017) 12.; DOI: 10.1088/1361-6463/aa5b64

Link: Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) 

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