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Universität Bayreuth, Pressemitteilung Nr. 079/2022 vom 20.05.2022

Neue Studie zur Ökobilanzierung von Metallen zeigt: Die Nutzungsdauer technologiekritischer Metalle ist kurz 

Weltweit sind nahezu alle technologieintensiven Wirtschaftszweige auf gut verfügbare metallische Rohstoffe angewiesen. Deshalb bedarf es präziser und zuverlässiger Informationen darüber, wie lange diese Rohstoffe im Wirtschaftskreislauf verbleiben. Zur Gewinnung der erforderlichen Daten hat ein Forschungsteam der Universitäten Bayreuth, Augsburg und Bordeaux jetzt ein neues Modellierungsverfahren entwickelt und auf 61 Metalle angewendet. Die in „Nature Sustainability“ veröffentlichte Studie zeigt: Die für spezifische High-Tech-Anwendungen benötigten und in vielen Fällen weltweit knappen Metalle werden im Durchschnitt nur ein Jahrzehnt lang genutzt.

Die Nutzungsdauer eines Metalls umfasst die gesamte Zeitspanne, die mit dem Bergbau beginnt und endet, wenn das Metall in der Umwelt dissipiert – das heißt feinstverteilt wird – und für eine wirtschaftliche Nutzung nicht mehr zur Verfügung steht. Die längste Nutzungsdauer haben Eisen und Stahllegierungsmetalle, sie beträgt durchschnittlich 150 Jahre. Die Ursache dafür sehen die Forscher*innen vor allem in der hohen Effizienz der Industrieprozesse, in denen diese Metalle verarbeitet werden, sowie in hohen Recyclingquoten. Deutlich geringer fällt die Lebensdauer von Nichteisenmetallen wie Aluminium und Kupfer und von Edelmetallen wie Gold und Silber aus, doch sie liegt immerhin noch bei über 50 Jahren. Die technologiespezifischen und teilweise auch kritischen – also schwer verfügbaren – Metalle befinden sich dagegen nur etwa zwölf Jahre lang im Wirtschaftskreislauf. Zur großen Gruppe dieser Rohstoffe zählen beispielsweise Cobalt und Indium. Für alle diese Berechnungen wurden unter anderem auch Daten des Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) herangezogen, eines geowissenschaftlichen Instituts mit Sitz in Paris und Orléans.

Ein Haufen von gespültem Coltan-Erz. Aus Coltan-Erz wird das seltene Übergangsmetall Tantal gewonnen, das beispielsweise für die Herstellung von Mobiltelefonen unentbehrlich ist. (c) iStock.

Für alle untersuchten 61 Metalle gilt: Die Anteile, die dem Wirtschaftskreislauf im Laufe der Zeit verlorengehen, müssen ständig durch neue Bergbauaktivitäten ausgeglichen werden. Je größer die Verluste sind, desto mehr Ressourcen gehen unwiederbringlich verloren und desto schädlicher sind die Folgen für Klima und Umwelt. „Es liegt im dringenden Interesse der Weltbevölkerung, die Nutzungsdauer von Metallen zu verlängern und möglichst geschlossene Wirtschaftskreisläufe anzustreben, die ohne signifikante Verluste auskommen. Diese Ziele lassen sich aber nur erreichen, wenn die Lebensdauer eines jeden technologierelevanten Rohstoffs verlängert und mit großer statistischer Genauigkeit berechnet werden kann,“ sagt Prof. Dr. Christoph Helbig, der an der Universität Bayreuth den neu eingerichteten Lehrstuhl für Ökologische Ressourcentechnologie innehat. Ziel seiner Forschungsarbeiten ist es, die Nutzungsdauern metallischer Ressourcen zu erhöhen und auf diese Weise zu umwelt- und klimafreundlichen Industrien beizutragen.

Die jetzt in „Nature Sustainability“ publizierten Berechnungen beruhen auf einem neuen, von den Autor*innen entwickelten Modellierungsverfahren, mit dem sich die Lebensdauer von Metallen weitaus zuverlässiger berechnen lässt als nur mit den bisher üblichen Messungen von Recyclingraten. Die Besonderheit dieses statistischen Verfahrens liegt darin, dass es gleichermaßen auf nahezu alle Metalle des Periodensystems anwendbar ist. Dies ist eine entscheidende Voraussetzung dafür, dass die gewonnenen Daten miteinander vergleichbar sind. Nur so bilden sie eine zuverlässige Basis für Ökobilanzen, die Auskunft darüber geben, inwieweit wertvolle Rohstoffe effizient genutzt oder verschwendet werden. Ökobilanzierungen im Bereich der abiotischen Rohstoffe werden aufgrund der jetzt erzielten Forschungsergebnisse erheblich aussagekräftiger sein können.

Prof. Dr. Christoph Helbig hat die Arbeit an der neuen Studie noch an der Universität Augsburg begonnen und das Thema nach Bayreuth mitgebracht: „Ich freue mich sehr darauf, die bestehenden Kooperationen mit den Arbeitsgruppen in Bordeaux und Augsburg an der Universität Bayreuth fortzuführen und weiterzuentwickeln“, sagt Helbig. Die Universität Bordeaux ist eine der Partnereinrichtungen des Gateway Office, das die Universität Bayreuth vor zwei Jahren zum weiteren Ausbau ihrer internationalen Vernetzung in Forschung und Lehre eingerichtet hat.

Veröffentlichung:
A. Charpentier Poncelet et al.: Losses and lifetimes of metals in the economy. Nature Sustainability (2022), DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-022-00895-8

Prof. Dr. Christoph Helbig

Prof. Dr. Christoph Helbig

Lehrstuhl für Ökologische Ressourcentechnologie
Universität Bayreuth

Telefon: +49 (0)921 / 55-7540
E-Mail: christoph.helbig@uni-bayreuth.de