Prof. Armin Reller: Urban Mining - Wertstoff der Zukunft

IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012

Urban Mining – Wertstoffe der Zukunft

Quelle: Hargroves 2008 & Knox et al. 2008

Inno

vatio

nsgr

ad

1785 1845 1900 1950 1990 2020

1. Zyklus

2. Zyklus

3. Zyklus

4. Zyklus

5. Zyklus

6. Zyklus

???

Wasserkraft Dampfmaschine Textilmaschinen

moderne Eisenwerke

mit Kohle betriebene

Dampfschiffe Eisenbahn Stahlwerke

Werkzeugmaschinen Fabriksysteme

Elektrizität Elektrotechnik

chemische Industrie Öl und Kunststoffe

Verbrennungsmotor Automobilindustrie Kommunikationstech.

Petrochemie Automobil Elektronik Fernsehen Computer

Luftfahrtindustrie Kernenergie Raumfahrt

Informationstechnologie Softwareentwicklung digitale Netzwerke Mikroelektronik Biotechnologie

Materialforschung Robotik

Nachhaltigkeit erneuerbare Energien

Kreislaufwirtschaft Grüne Gentechnik

Bionik Nanotechnologie

Mea

dow

s et

al.

2008

Basisinnovationen

Kondratjew-Zyklen



Quelle: Technologie- und Förderzentrum Bayern 2007

2. Weltkrieg

Weltwirt- schaftskrise

1. Weltkrieg und Folgen

Ölkrisen

Mrd. t SKE (Steinkohleeinheiten)

Que

lle: B

GR

200

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Quelle: www.zdf.de

Abbau von Ölsand in Alberta, Kanada



Quelle: Die Zeit / 06.11.2008 / Nr. 46 / Rubrik Wirtschaft / S. 38

Ölsand Alberta / Kanada



Zukünftige Energiesysteme ohne Funktionswerkstoffe und strategische Metalle?



Quelle: B. Achzet / V. Zepf / Universität Augsburg / Lehrstuhl für Ressourcenstrategie





Einsatz verschiedener Metalle in CIS-Solarzellen* (cis-solartechnik.de 2009)

*CIS = Copper Indium Selenide CIS-Solar-Faltmodul

CIS-Solarmodul

Schematischer Aufbau einer CIS-Solarzelle Kontaktdrähte (Grid):

Silberlegierungen

Frontkontakt: Zinkoxid

Puffer: Metallsulfid (Cadmiumsulfid)

Absorber: CIS (Kupfer-Indium-Selenid), Gallium dotiert

Rückkontakt: Molybdän

Trägermaterial: Glas, Edelstahl, Kupfer, Titan oder Molybdän



mii.org

diepresse.com





Verkehr der Zukunft?



Quelle: commons.wikimedia.org

Kupferabbau in Chuquicamata (Chile)



Quelle: Wagner 2008

Risiken der Rohstoffabhängigkeit





Energiewandlung • Bergbau, Förderung • Aufbereitung • Raffination • Entschwefelung

Einbeziehung der Energiewandlung als Rohstoffquelle

Betrachtung des gesamten Wertstoffkreislaufs



Der steht auf einer etwa 7000 Quadratmeter großen Platte aus Stahlbeton. Diese ruht auf 750 Betonpfählen, die bis zu 50 Meter tief im Boden stecken. Für den Rohbau wurden mehr als 330.000 Kubikmeter Beton verwendet.

110.000 Tonnen aus - Beton - Stahl - Aluminium und - Glas - Carrara Marmor - Gold

Quelle: http://www.welt.de/reise/article5719347

31.400 metrische Tonnen Stahl

28.261 Glasplatten 44.000 Tonnen Glas Und…………………. Hunderte von Metall- basierten Materialien

1.375 Tonnen Aluminium

13.000 Türen 189 Etagen; davon 162 bewohnbar 517.240 qm Geschossfläche 24.000 Tonnen Carrara Marmor 8.000 qm 22-karätiges Gold

Buri al Arab


IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012 Quelle: Chemical & Engineering News / Juni 2011 / S. 17 und 19

Mineral Resources

Building Small

Left: Temple of Nanoscience, Rome‘s Dio Padre Misericordioso Church, also known as the Jubilee Church, retains ist bright white colour because of Nanostructured titanium dioxide. Right: Crystallizing Concrete: This colorized scanning Electron micrograph shows concrete (brown) crystallizing around X-Seed crystals (blue) 500 nm to 30 µm across

Nanotechnology makes inroads in the construction industry:



Quelle: BASF

Dissipation von nanoskaligen Zinkoxid- und Titanoxidpartikeln



Titanoxid soll das Schmelzen in der Hand verhindern

Dank Nanokapsel mehr Kalzium in der Milch

In Ketchup sind längst Nanopartikel enthalten - ohne gekennzeichnet zu sein.

Aus dem Labor auf den Teller



Geologische Verfügbarkeit (Reichweite)

Ökologische Konsequenzen

(Extraktion, Anwendung

Deponierung)

Technische Entwicklung (Bedarf an

Rohmaterial, Primärproduktion)

Ökonomische Entwicklung

(Preis, Angebot, Nachfrage)

Geopolitische Einflussfaktoren

Recycling- und Substitutions-möglichkeiten

Kritikalitätsfaktoren (Auswahl)



Quelle: Petra Hutner

Zusammensetzung des Mülls an der Nordseeküste



Quelle: Petra Hutner

Behandlung von Plastikabfällen in Europa* in Kilotonnen

*Daten für Europa liegen vor für EU 27 und Norwegen, Schweiz



Quelle: http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-52270-3.html



Quelle: Wikipedia Commons

IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012 Quelle: nach Theis, 2007

Materialvielfalt in der Halbleiterindustrie

Ressourcenstrategie

Rückgewinnung von Rohstoffen

Schlacken-Symposium Meitingen • 12. Oktober 2011 • Armin Reller



Fraunhofer-Projektgruppe IWKS

„Think Tank“ Grundlagen

Strategie

Technologien Rohstoffgewinnung

Recycling

Substitution/ Innovation Rohstoffe Werkstoffe

Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoff- Kreisläufe und Ressourcenstrategie



Angewandte Forschung entlang der Wert-schöpfungskette mit dem Ziel eines geschlossenen Wertstoffkreislaufs

Element

Werkstoff

System

Prozess

Projektgruppe IWKS – Arbeitsmodell



Biomining



http://www.blogigo.de/jaris_buechergebrabbel/-x--big.jpg

Wissen ist der einzige Rohstoff, der sich bei Gebrauch vermehrt



Dank • Renate Diessenbacher • Claudia Schmidt, Simon Meißner, Andrea Thorenz • Ben Achzet, Stefan Brandl, Volker Zepf, Irina Oswald, Petra Hutner • Studierende der Physik, der Materialwissenschaften und der Geographie

Technology

Prof. Armin Reller: Urban Mining - Wertstoff der Zukunft