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Dr. Christian HagelükenHochschule Pforzheim
Ressourceneffizienz-Kolloquium 20. Juni 2013
Stoffliche Voraussetzungen der Energiewende– Einflussfaktoren auf die Rohstoffverfügbarkeit
2Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Was macht Umicore außer Recycling? � Materialtechnologie-Unternehmen mit Fokus auf Umwelttechnik
14,600 Mitarbeiter in ~ 80 Industriestandorten weltweit, Umsatz € 14.5 Mrd. (2.3 Mrd. ohne Metalle)2003: Übernahme der Degussa Edelmetall-Aktivitäten
Ø 50% Deckung des Metallbedarfs aus
Recycling
materialsolutionsMetals
Applicationknow-how
Recycling
Materialsolutions
ChemistryMaterial science
Metallurgy
3Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Ganz in Ihrer Nähe –BU – Jewellery & Industrial Metals
� Technologieentwicklung & Rohstoffbedarf
� EU SET-Plan Szenario
� Mechanismen der Rohstoffverfügbarkeit
� Recycling zur Sicherung der nachhaltigen Rohstoffversorgung
� Fazit
5Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
a) Mobile phones
1800 million units/ yearX250mg Ag ≈ 450 t Ag
X 24 mg Au ≈ 43 t Au
X 9 mg Pd ≈ 16 t Pd
X 9 g Cu ≈16,000 t Cu
1800 million Li-Ion batteries
X 3.8 g Co ≈ 6,800 t Co
a+b) Urban mine
Mine production / shareAg:23,700 t/a ► 3%
Au:2,800 t/a ► 4%
Pd: 230 t/a ►20%
Cu: 16Mt/a ► 1%
Co: ~100,000t/a ►21%
b) PCs & laptops
365 Million units/yearX1000mg Ag ≈ 365 t Ag
X 220mg Au ≈ 80 t Au
X 80mg Pd ≈ 29 t Pd
X~500 g Cu ≈183,000 t Cu
~220 million Li-ion batteriesX 65 g Co≈ 14,300 t Co
Low metal content per unit but volume countsExample: Metal use in electronics
• Containing additionally many other technology metals.
• Other electronic & electric equipment (EEE) add to these figures → significant total demand. Cu, Sn, Sb, In, Ru & rare earth elements in EEE account for > 40% of world mine production
• Intrinsic value per mobile phone ~ 1 € � little economic recycling incentive per unit
Global sales 2011
6Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Achzet et al., Materials critical to the energyindustry, Augsburg, 2011
Verkaufsboom treibt Nachfrage nach (Technologie) Metallen
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011
Annual global sales of mobile phones Source: after Gartner statistics (www.gartner.com)
Million units
300170
470SmartPhones
forecast
kumulierte globale Verkäufe bis 2010 ~ 10 Mrd. Stück
& wachsende Funktionalität
Treiber:• Wachsende Weltbevölkerung (Asien!)• Wachsender Wohlstand• Technologieentwicklung & Produkt
Performance
… nächste Welle: Tablet Computer
7Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Beispiel Auto – Evolution der Mobilität
+ steel alloys & decoration + catalyst
1920s
1950s 1980s
Power
StyleClean
air
Intelligence
+ electronics+ aux. electric motors+ lightweighting
2000s > 2010
+ NiMH/Li-Ion battery + FC stacks + e-drives
Lowcarbon
1900s
Mobility
Metals*
Pb Cu Cr
Al Zn Pt Pd
Rh Ce La
GaIn
Sb Sn
Fe
Au
Ag Ge
Sm
PrNd
MgDyTb
NiCoLi Ru
*list only indicative
8Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Beispiel Batterien & Akkus
• increasing number of applications• Increasing variety of battery chemistries• Increasing demand for raw materials & specialty chemicals
Source: Eurometaux’s proposals for the Raw Materials Initiative, Annex, A case story on rechargeable batteries, prepared by Umicore & Recharge, June 2010
9Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Boom der „Technologiemetalle“ – Nachfrage seit 1980 deutlich größer als in Gesamtperiode davor
% mined in 1980-2010
% mined in 1900-1980
Mine production since 1980 / since 1900
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Re Ga In Ru Pd Rh Ir REE Si Pt Ta Li Se Ni Co Ge Cu Bi Ag Au
% mined in 1980-2010
% mined in 1900-1980
REE = Rare Earth Elements
Metalle werden nicht verbraucht, viele noch in Infrastruktur & Produkten gebunden → Verlagerung von geogener in anthropogene “Lagerstätte”.
10Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Grease, lubrication
Opto-electric
Electronic
Solder
Nuclear
Catalysts
Fuel cells
Batteries
Photovoltaics
Glass, ceramics, pigments**
Metallurgical*
Other alloys
Hard Alloys
Magnets
Super alloys
Medical/dentistry
Pharmaceuticals
RuRhPtPdIrAuAgTeTaSiSeReREELiInGeGaCoBi
* additives in smelting, …, plating. ** includes Indium Tin Oxide (ITO) layers on glass
Konkurrierende Nutzung in vielen Hi-Tech und Clean-Tech Anwendungen
11Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Erzeugung & Nutzung erneuerbarer Energien wird die Metallnachfrage weiter anheizen
BrennstoffzellenLight Emitting Diodes (LED)
Photovoltaik (Solar Zellen) Elektroauto & Akkus
GermaniumGalliumSelenIndiumSilber
LithiumKobaltNickel Seltene ErdenKupfer
GalliumIndiumGermaniumSilber
Platin IridiumKobalt
12Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
H
K
Be
ScCa
Li
Na
Ti
Mg
V MnCr Fe Co CuNi Zn Ga Ge As BrSe Kr
Al Si P ClS Ar
B C N FO Ne
He
Rb YSr Zr Nb TcMo Ru Rh AgPd Cd In Sn Sb ITe Xe
Cs La-LuBa Hf Ta ReW Os Ir AuPt Hg Tl Pb Bi AtPo Rn
K Ac-LrCa Rf Db BhSg Hs Mt
TechnologieMetalle
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu*
Be
Sc
Li
Co Ga Ge As Se
Si
Mo Ru Rh AgPd Cd In Sn Sb Te
Re Ir AuPt BiLa*
Ac-Lr
Ta
NbY Zr
Hf
Mg
W
kritische Metalle (EU)
Begriffskonfusion in Medien & politischer Diskussion – ? Kritische Metalle – seltene Metalle – Seltene Erden –
Technologiemetalle …?
Edelmetalle(EM)
Seltene Erden(SE)
Halbleiter
Precious metals Rare earthelements (REE)Semi-conductors
Technologiemetalle: deskriptiver Begriff für Edelmetalle & viele Sondermetalle
• wichtig für Funktionalität auf Basis of einzigartiger physikalischer & chemischer Eigenschaften
• Einsatz oft in geringen Konzentrationen & komplexen Stoffgemischen („Gewürzmetalle“)
• Wichtig für “Hi-Tech” und Umwelttechnologie
13Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Edelmetalle - kumulierte Minenproduktion bis 2010
Ag1.6 x 106 t
PGM12000 t
Au155 000 t
9.2 m
Silber (Dichte: 10,5 t/m³)
1,6 Mio t, davon 25% seit 1980670 €/kg* (28 $/oz)
54 m
20 m
Gold (Dichte: 19,3 t/m³)
155 000 t, davon 35% seit 198037 500 €/kg* (1560 $/oz)
PGM (=Pt+Pd+Rh+Ru+Ir+Os; Ø Dichte: 15,1 t/m³)
12 000 t, davon 85% seit 1980Pt 38 000 (1570), Pd 17 500 (730), Rh 29 000 (1180) €/kg ($/oz)*Ru 2 000 (85), Ir 25 000 (1030) €/kg ($/oz)*
* Alle Preise: Ø Jan. – Mai 2013, gerundet
� Technologieentwicklung & Rohstoffbedarf
� EU SET-Plan Szenario
� Mechanismen der Rohstoffverfügbarkeit
� Recycling zur Sicherung der nachhaltigen Rohstoffversorgung
� Fazit
15Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Abschätzung Metallbedarf pro Technologie:• Kg per MW of (new) nuclear, wind and solar power installed capacity
• Kg per million tonnes of oil equivalent generated from bioenergy
• Kg per MW of fossil fuel electricity generation capacity to which CCS is applied
• Kg per kilometre of electricity grod cables that are laid
EU-SET Plan (Strategic Energy Technologies)- nuclear, solar, wind, bioenergy, CCS, electricity grids
SET Plan zur Etablierung der EU Energiepolitik mit Fokus auf „low carbon“. Beinhaltet Maßnahmen zu Planung, Implementierung, Ressourcen & int. Kooperation
http://setis.ec.europa.eu
JRC Report 2011• Fokus Metallbedarf für SET-Plan Technologien
• Abschätzung für optimistisches Uptake Scenariobei „business as usual“ Annahmen für Solar & Wind
16Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Metallbedarf PV für SET-Plan Scenario- capacity: 2010: 39 GW → 2020: 125 GW → 665 GW
Source: JRC, Critical Metals in Strategic Energy Technologies
17Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Metallbedarf EU low carbon technologies- SET-Plan Scenario 2030 (% von globalem Metallangebot)
Source: JRC, Critical Metals in Strategic Energy Technologies
18Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Metallbedarf EU low carbon technologies- SET-Plan Scenario 2030 (% von globalem Metallangebot)
Source: JRC, Critical Metals in Strategic Energy Technologies
DyNdTeGaIn
( Alle Anwendungen)
� Technologieentwicklung & Rohstoffbedarf
� EU SET-Plan Szenario
� Mechanismen der Rohstoffverfügbarkeit
� Recycling zur Sicherung der nachhaltigen Rohstoffversorgung
� Fazit
20Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013 20
� Absolut:= Erschöpfung der geolog. Ressourcen
� Temporär:= Defizit Angebot � Nachfrage
• Nachfragesprünge (neue Anwendungen, Verkaufsboom, Spekulation, …)• Zeitbedarf & Investitionsrisiko für neue Bergwerke & Hütten• Handelsbarrieren, politische Hemmnisse, Krieg, Naturkatastrophen, …• Anfälligkeit bei hoher Angebotskonzentration (Förderländer, Minengesellschaften)
� Strukturell:= Problem der Koppelproduktion
• typisch für viele Technologiemetalle• Angebot „minor metals“ (In, Bi, Se, Te …Rh, Ru, Ir, …) abhängig vom
Bergbau auf „major metals“ (Ni, Cu, Zn, Pb, Pt, …)
Ressourcenknappheit ?- 3 Arten sind zu unterschieden
21Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Ressourcenknappheit?Die Erdkruste ist reich an Elementen, aber einige in nur sehr niedrigen Konzentrationen …
�mittelfristig keine absolute Erschöpfung der geologischen Ressourcen,
aberfortschreitende Verschlechterung der Randbedingungen:
� abnehmende Erzgehalte
� komplexere Erze
� zunehmende Teufen, schwierigere Abbaubedingungen
� ökologisch sensitive Gebiete (Regenwald, Antarktis, Meer), …
� Transparenz / Konfliktmetalle Quelle: USGS
Ökonomische & ökologische Kosten der Primärgewinnung steigen, → Vorteilevon Clean-Tech nicht durch Rucksack der benötigten Rohstoffe konterkarieren
22Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Temporäre & strukturelle Knappheiten
Temporär z.B. LCD Einfluss auf Indium Preis1
Strukturell2:Angebotsbremse durch Koppelproduktion Preis-Inelastizität)
Source: Hagelüken/Meskers (2010), in: Linkages of sustainability,
1 Preisexplosion durch ITO Boom für LCDs (2003-2006). Anstieg von Primärproduktion & Target-Recycling führt zu Preisrückgang (verstärkt durch Wirtschaftskrise 2008)
2 Deckung von Nachfrageplus nur bei entspr. Nachfrageanstieg bei Hauptmetall → begrenzt die absolute Verfügbarkeit.
23Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Substitution
Substitution:
• keine nachhaltige Lösung bei Substituten aus gleicher Metallfamilie → Problemverlagerung
• Schwierig für High-Tech Anwendungen auf Basis spezieller Werkstoffeigenschaften
• Kann Engpässe & Preissprünge beim Substitut bewirken
Komplementäre Lösungsansätze, aber richtige Schwerp unkte setzen :
• Auswirkung der Substitute auf Recyclierbarkeit beachten
• Recyclingpotentiale oft leichter realisierbar als Substitution (z.B. PGM in Autokats)
• Fokus Substitution bei dissipativen Anwendungen kritischer Metalle
• Substitute mit großer Verfügbarkeit suchen
24Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Nachhaltiges Wachstum erhöht den Bedarf an Technologiemetallen: Keine Entkopplung
� Technische Lösungen für Ressourceneffizienz & CO2 Minderung erfordern eher mehr Edel- & Sondermetalle (Technologiemetalle).
� Rückgang der Primärversorgung mit gekoppelten Technologiemetallen bei:�erfolgreicher Entkopplung bei Basismetallen (Cu, Ni, Al, Pb)�verbessertem Recycling der Basismetalle�Einsatzbeschränkungen für Blei, Nickel etc.
���� Recycling der Technologiemetalle gewinnt „doppelt“ a n Bedeutung
Quelle: Next steps for EU waste and resourcepolicies, R. v.d.Vlies, DG Env., Brussels 17.6.2009
� EU-Entkopplungs-Strategie sinnvoll und realistisch für Basismetalle, v.a. bei Einsatz in Infrastruktur
25Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Recycling ist wichtig, um …
� … Langfristig den Zugang zu wichtigen Rohstoffen zu sichern
� ... Umwelteinflüsse des Bergbaus abzumildern• Weniger Energiebedarf/CO2 (höhere Erzkonzentration; leichterer Zugang)
• Geringerer Land- & Wasserbedarf• Geringerer Einfluss auf Biosphäre (Regenwald, (Ant)arktis, Meeresbergbau …)
� … Schäden durch Nicht-Recycling zu vermeiden (Emissionen, Flächenbedarf etc.)
� … Geopolitische Abhängigkeiten von wenigenFörderländern/-Firmen zu vermindern
� … Ethische Rohstoffversorgung zu unterstützen („Konfliktmetalle“) (transparente Versorgungskette …)
� … Metallpreisschwankungen zu dämpfen• Verbessert Bilanz zwischen Nachfrage & Angebot
• Verlängert die Reichweite der Primär-Ressourcen• Begrenzt Spekulation
(breitere Versorgungsbasis ist weniger störungsanfällig)
���� Bergbau & Recycling (“urban mining”) sind komplimentä r
Cu
Co
Au
Pt
In
Sn
Ag
Pd
Ru
t CO2/t primary
metal *
˜
˜
10,000
200
10
0
Cu
Co
Au
Pt
In
Sn
Ag
Pd
Ru
t CO2/t primary
metal *
˜
˜
10,000
200
10
0
� Technologieentwicklung & Rohstoffbedarf
� EU SET-Plan Szenario
� Mechanismen der Rohstoffverfügbarkeit
� Recycling zur Sicherung der nachhaltigen Rohstoffversorgung
� Fazit
27Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Produkt-Lebensende
ProduktHerstellung
Nutzung
Metalle, Legierungen& Verbindungen
Neu Schrotte
Rohstoffproduktion
RecyclingAus
Reststoffen(sekundär)
Aus Erzen &
Konzentraten(primär)
Geogene Rohstoffe
Reststoffe
Reststoffe
Reststoffe
Reststoffe
Altdeponien (aus Bergbau & Abfalldeponie)
Dissipation
Reststoffe
Reststoffe
Reststoffe
Reststoffe
Altdeponien (aus Bergbau & Abfalldeponie)
Dissipation
Fokus Kreislaufwirtschaft- Metalle können ohne Qualitätsverlust „unendlich oft“ recycelt werden
� Metallverlusteüber alle Stufen desLebenszyklus minimieren• Anfall von Restströmen reduzieren• Unvermeidbare Restströme erfassen &
recyceln• Metallausbeuten durch technisch
hochwertige Verfahren optimieren
Reuse
28Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
End-of-Life recycling rates for metals in metallic
applicationsWEEE:Recyclingraten Edelmetalle < 15%
UNEP (2011) Recycling Rates of Metals – A Status Report, A Report of the Working Group on the Global Flows to the International Resource Panel.
New report (April 2013): Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructurehttp://www.unep.org/resourcepanel/Publications/MetalRecycling/tabid/106143/Default.aspx
http://www.unep.org/resourcepanel/Publications/AreasofAssessment/Metals/Recyclingratesofmetals/tabid/56073/Default.aspx
Niedrige Recyclingraten für viele Technologiemetalle
29Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Was ist Recycling?Millionenschaden durch „Recycling“ von Münzschrott in China
…ausgediente 1 & 2 € Münzen …als Industrieschrott nach China geliefert … zusammengedengelt und das Geld bei der Bundesbank in gültige Münzen umgetauscht.
Wie sicherstellen, dass es beim E-Schrott Recycling etc. besser läuft?
30Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Gutes Recycling?“Low Tech” – Gold Recycling in Indien …
Foto: EMPA/CH
Gold-Ausbeute ≈ 25%,dramatische Auswirkungen auf Umwelt & Gesundheit (Rochat, Keller, EMPA 2007)
… “Standard” für viele “Hinterhofbetriebe”
31Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Ist das* gutes WEEE-Recycling ?- es hängt davon ab, wie‘s weitergeht bzw. was dort genau passiert
*Google Treffer „Elektronik Recycling“
32Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Recyclingkette – der Systemansatz entscheidet
Logistik10,000’s
Aufberei-tung
1000‘s
100‘s
Beispiel Recycling von Technologiemetallen
aus Leiterplatten
3
Anzahl der Akteurein Europa
Demontage
Gesamtwirkungsgrad bestimmt durch schwächstes GliedSicherstellen, dass relevante Fraktionen zu High-Te ch Prozessen gelangen
High-Tech Recycling von Technologiemetallen (Metallurgie)
Beispiel: 30% x 90% x 60% x 95% = 15%
Produkte
Komponenten/Fraktionen
Metalle
Inve
stiti
onsb
edar
f
Problem 1: Wie lassen sich Millionen verstreuter Altprodukte in geeignete Recyclingkette einsteuern
33Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Urban Mining: Metallkonzentration im “Abfall” oft höher als in Erzen Bergbau
• ~ 5 g/t Au in Erz• Ähnlich bei PGMs
Urban Mining
• 200 -250 g/t Au in PC Leiterplatten• 300 - 350 g/t Au in Handys• 2000 g/t PGM in Autokat Keramik
Faktor 40& mehr
Low grade, high volume, fixed location High grade, millions of units, global dissemination
Problem 1: Wie Millionen verstreuter Altprodukte in einer “urban mine”von ausreichendem (= wirtschaftlich) Volumen zusammenzuführen?
34Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Dismantling &pre-processing
CollectionSmelting &
refining
:
►
Dismantling &pre-processing
CollectionSmelting &
refining
Problem 2: relevante Produkte/Fraktionen gelangen nicht zu geeigneten Anlagen
a) Geringe Erfassung
b) “Umleitung” gesammelter Produkte � dubiose Exporte �Hinterhof-”Recycling”
�Ambitionierte Sammelziele & neue Geschäftsmodelle erforderlich
�“Tracing & Tracking“, Kontrollen, Akteursverantwortung, Transparenz
►
35Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Glas
GrünglasWeißglasBraunglas
Stahlschrott
+
Leiterplatten Autokats
• ”Poly-Substanz” Material mit Schadstoffen• Komplexe Komponenten als Teil komplexer
Bauteile
Fokus auf „Spurenelemente“, Wert& Prozessqualität
Technologiemetalle erfordern neues Recycling- massenfokussiertes Standardrecycling ungeeignet
Edel- & Sondermetalle PGMs
• “ Mono-Substanz” Material ohne Schadstoffe
• Spurenelemente verbleiben in Legierung/Glas
Fokus auf Durchsatz & Kosten
36Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Quelle: Markus Reuter, Outotec und Antoinette Van Schaik, MARAS (2010)
Recyclingkette – technische Grundlagen - Erfolgsfaktoren Produktdesign & technisch-organisatorische Auslegung
Produktherstellung ���� Aufbereitung ���� Metallurgie
Problem 3: Wie lassen sich niedrig konzentrierte Technologiemetalle aus komplexenProdukten effizient und emissionsarm recyceln?Metallgewinnung aus thermodynamisch inkompatiblem/schwierigem Materialmix?
� Frühzeitig Recyclingtechnik und Rückholstrategien für Energietechnologien entwickeln
37Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Aufbereitung
Edel- +Sondermetalle
Altprodukte,Schlacken,
etc.
Fe-Metallurgie
Al-Metallurgie
Cu-/Pb-Metallurgie
EM-Recycling
Kunststoff-Recycling
Restabfallzur
Deponierung
Schlacken & andere Reststoffe
Seltene Erdenaus
Magneten
Co-Li (SE)-Recycling aus Li-Ionen/NiMH
Akkus
Indiumaus
LCD screens
„Universelle“ integrierte Hüttenprozesse für Cu, EM
& einige Sondermetalle
Spezialprozesse für bestimmte Komponenten & Sondermetalle
Verschleppung von „Spurenelementen“ vermeiden(75% Goldverlust, wenn PC motherboardnicht vor Shredder entfernt wird)
Großes Optimierungspotential bei Aufbereitung- Aufschluss & Sortierung: Schlüssel für metallurgisches Metallrecycling
Logistik10,000’s
Aufberei-tung
3
Demontage
Multimetall-Recycling mit moderner Metallurgie� erforderlich sind Hi-Tech & Economies of Scale
• Recycling von > 20 Metallen aus E-Schrott, Katalysatoren, Nebenprodukten von NE-Metallhütten, …)Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Cu, Pb, Ni, Sn, Bi, Se, Te, Sb, As, In (Universalprozess)zusätzlich Co, (Li), Seltene Erden; Ga aus Spezialprozessen
• Wert der Edelmetalle und des Kupfers ermöglicht Mitgewinnung der weiteren Metalle
• Hohe EM-Ausbeuten >> 95 %, hohe Energieeffizienz, minimale Abfallmengen
Umicore‘s integrierte Metallhütte in Hoboken/AntwerpenVerarbeitung 350 000 t/a, weltweite Kundenbasis
ISO 14001 & 9001, OHSAS 18001
Logistik10,000’s
Aufberei-tung
3
Demontage
39Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
NiPb
Cu
Au Ir
Ru
RhPt
Sb
As
Sn
Te
BiIn
Ag
SePd
Innovative Cu-, Pb-, Ni- Metallurgie zur Extraktion von Edel- & Sondermetallen
≈1000 t/d
≈70.000 t/a
40Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
From: Disney/Pixar www.wall-e.com
Metallrecycling aus komplexen Produkten- Technische* & nicht-technische** Herausforderungen
*Zugänglichkeit relevanter Komponenten/Materialien- Elektronik & Akkus in Autos, SE-Magneten in Elektromotoren, …- � „Design for Disassembly“, Aufbereitungstechnik, „Prä-Shredder“-Verfahren
*Thermodynamische Grenzen & schwierige Metallkombinationenbei „Spurenelementen“
- Tantal, Seltene Erden, Gallium/Germanium, Lithium, …- „Design for Recycling/Disassembly,“ metallurgische (Grundlagen)forschung
**Probleme bei der Kreislaufführung von Konsumgütern- Elektronik, Autos, Batterien, Leuchtmittel, …- Bessere Sammlung, Verfolgung von Stoffströmen, Transparenz,
Prozesszertifizierung, wirtschaftliche Anreize
Komplexe Produkte erfordern systemische Optimierung & interdisziplinäre Ansätze (Produktentwicklung, Aufbereitungstechnik, Metallurgie, Wirtschafts- & Sozialwissenschaften)
� Technologieentwicklung & Rohstoffbedarf
� EU SET-Plan Szenario
� Mechanismen der Rohstoffverfügbarkeit
� Recycling zur Sicherung der nachhaltigen Rohstoffversorgung
� Fazit- Recyclinganforderungen- Materialbereitstellung für Energiewende
42Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Metallurgie
Aufbereitung
Kosten &Erlöse
Erfassung& Logistik
Produktdesign &Geschäftsmodell
Konsumenten-verhalten
Materialperspektive
Produktperspektive
Recycling Erfolgsfaktoren
Recyclingvoraussetzungen
1. Technische Recyclierbarkeitals Grundvoraussetzung
2. Zugänglichkeit des relevanten Bauteils
3. Wirtschaftlichkeitintrinsisch oder extern geschaffen
4. SammelerfolgGeschäftsmodelle, Gesetze, Infrastruktur
5. Einsteuerung & Verbleib in Kette
6. Technisch-organisatorische Auslegung der Kette
7. Ausreichende Recyclingkapazitäten
43Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Hohe Produkt- & Metallverluste entlang der Kette- qualitativ (Europa), Unterschiede nach Produkten, Metallen, Regionen
Altprodukte
Enthaltene M
etalle
offiziell
inoffiziell
Ohne (Hausmüll, Verbrennung,
„Schublade“)
Sammlung, Logistik,(Inkl. Produktsortierung)
Aufbereitung (mechanisch-manuell)
Metallrückgewinnung(metallurgisch-chemisch)
hohe Qualität
schlechte Qualität
hohe Qualität
Verluste
� Produkte � � Komponenten/Fraktionen � � Metalle �
Illegale & dubiose Exporte
Verluste
schlechte Qualität
Recycling-P
otenzial
100%
44Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Kreislaufdefizite und deren Folgen
� Fehlende Transparenz über tatsächliche Produkt- & Stoffströme entlang der Kette � falsche Kanäle & Leckagen, illegale & dubiose Exporte
� Teilweise unzureichende Qualität der Recyclingverfahren & -ketten
� Unzureichende Kontrollen, fehlende gesetzliche Leitplanken
� Unzureichende ökonomische Anreize / Wettbewerbsverzerrungen� Preisdruck & fehlende Standards behindern gutes Recycling
�erheblicher Teil des Sekundärrohstoff-Potenzials bleibt ungenutzt
�unnötige Freisetzung von Schadstoffen
�Ökonomisches Potenzial wird nicht ausgeschöpft (Wertschöpfung, Jobs)
�Seriöse Recyclingakteure leiden unter „free-ridern“
�Imageschaden für Hersteller, Handel & Kommunen
�Verunsicherung der Verbraucher
45Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
� Sichere Kanalisierung in hochwertige* Prozessketten bis zum Letztverwerter
� Fairer Wettbewerb, kein „Ökodumping“ durch minderwertige Prozesse
� Differenzierungsmöglichkeiten für seriöse & gute Recycler (auf allen Stufen!)
� Kopplung mit Produzentenverantwortung (EPR) zur Kostendeckung
� Reale Stoffströme & Recyclingeffizienz sind bekannt & dokumentiert
� Sicherheit für Hersteller, Kommunen, Verbraucher
Ziel: Transparente Stoffströme & hochwertiges Recycling � Zertifizierung der Recyclingprozesse bis zum Endverwerter
�
�
* Berücksichtigt technische Performance, Umwelt- & Sozialstandards
46Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Fazit
Die nachhaltige Sicherstellung der Versorgung mit strategischen Metallen für die Energiewende ist eine komplexe Herausforderung.Zwei wesentliche Aspekte:
� Vergesellschaftung von strategischen Metallen („Koppelproduktion“)
� Energiebedarf & CO2 Rucksack der Metallbereitstellung
Grundvoraussetzungen zur Lösung:
1. Systemisches Verständnis & Optimierung
2. Ineffizienzen auf allen Ebenen „beseitigen“
3. Kreislaufwirtschaft
47Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Handlungsoptionen bei Angebot & Nachfrage
1 Nachfrage optimieren• Materialeffizienz steigern (Dematerialisierung)- mit weniger Metall gleiche/bessere Funktion- Energienachfrage verringern „Negawatt“ (Wärmedämmung, LEDs/OLEDs …)
• Substitution kritischer Metalle durch unkritische- alternative Materialien (AZO statt ITO)- alternative Systeme/Produkte (PV: Cd/Te → CIGS → Si → org.PV; E-Mobil: Akku → Brennstoffzelle)
• Funktionserfüllung substituieren (ÖPNV statt Stadt-E-Mobil)• Nachfrage in Konkurrenzanwendungen einschränken (Pt aus Schmuck in BZ)
Produkt-Lebensende
ProduktHerstellung
Nutzung
Metalle, Legierungen& Verbindungen
Neu Schrotte
Rohstoffproduktion
RecyclingAus
Reststoffen(sekundär)
Aus Erzen &
Konzentraten(primär)
Geogene Rohstoffe
Reuse
2 Angebot erhöhen• Primärproduktion (Bergbau)- Neue Lagertätten, Bergwerke, Hüttenbetriebe- alte Halden, Tailings …abbauen- Ausbeute in Primärkette steigern (Fokus vergesellschaftete Metalle), Energieeffizienz
• Sekundärproduktion (Recycling)- umfassendes Recycling von Produktionsrückständem- Dissipation vermeiden- vollständige Erfassung der Altprodukte- qualitative hochwertiges Recycling (Ausbeuteerhöhung, Energieeffizienz- Aufarbeitung von Recyclingrückständen (Schlacken, Fluff, etc.)
Komplementäre, nicht konkurrierende Ansätze.
Interdependenzen berücksichtigen
48Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Großes Potential bei Technologiemetallen (Fokus Koppelproduktion)
Wenn Effizienzpuffer gehoben ist greifen fundamentale Nachfrage-Angebots-Zusammenhänge
Effizienz-verbesserung
(Koppelprodukte)von < 5% auf
>> 50%(Faktor 10 und
mehr)
Optimalzustand
morgen ???
heute
Source: Hagelüken/Meskers (2010), in: Linkages of sustainability,
49Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
zur Vertiefung: Hagelüken, C., C.E.M. Meskers: Complex lifecycles of precious and special metals, in: Graedel, T. , E. van der Voet (eds): Linkages of Sustainability. Strüngmann Forum Report, vol. 4. Cambridge, MA: MIT Press, 2010
Kontakt: christian.hagelueken@eu.umicore.comwww.umicore.com
Das war‘s! � Fragen & Diskussion
www.umicore.de
50Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Hebel zur Anpassung der Angebotslücke und Abschätzung der Erreichbarkeit
Quelle: Umicore interne Abschätzung, 2011
Dünnschicht-PV
Angebotslücke 2020 [t]
Effizienz Primärkette
Recyclinganteil an Versorgung (v.a.
Produktionsabfall)
Substitution in anderen Anwendungen
51Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
Minin
g
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Static System
Minin
g
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Static System
Dynamic System
Minin
g
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Year 0
Year 1
Year 2
Year 3
(0)
(1)
(2)
(3)
Dynamic System
Minin
g
Inevitable Loss
Inevitable Loss
Year 0
Year 1
Year 2
Year 3
(0)
(1)
(2)
(3)
Static System
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Time
Rec
yclin
g
Mining
Recycling
Mining
Recycling
Recycling – no silver bullet but crucial complement to mining
Static perspective Dynamic perspective
Static:• 100% recycling impossible, (small)
circuit losses inevitable even in optimal systems
Dynamic:• Product lifetime to be bridged
until EoL-products become available for recycling
• Enable market growth
52Christian Hagelüken – Hochschule Pforzheim, 20.6. 2013
EU-Rohstoffinitiative identifiziert 14 kritische Rohstoffe für Europa
Quelle: DEFINING CRITICAL RAW MATERIALS FOR THE EU: A Report from the Raw Materials Supply Group ad hoc working group defining critical raw materials; July 30, 2010
* Abhängig von: Kombination aus Konzentration Primärproduktion (HHI), World Bank “ww governance indicator” , Substitutionspotenzial, derzeitigen Recyclingraten
*
Kritische Metalle (EU):Be, Co, Ga, Ge, In, Mg, Nb, PGM, REE, Sb, Ta, W, Flußspat, Graphit
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