Warum es wichtig ist, Metall aus Metallschrott zu gewinnen

Rund 80 % aller Elemente auf der Erde sind Metalle. Metalle werden immer benötigt und ihre Substitution ist kaum möglich. Derzeit besteht eine weltweite Nachfrage nach Metallen von rund 1,8 Milliarden Tonnen. Leider ist die Gewinnung von Metallen aus Erzen extrem energieintensiv und der Prozess wird von einer hohen CO?-Emission begleitet. Fast ein Drittel des globalen Ausstoßes an Treibhausgasen geht auf das Konto der Metallproduktion und nach Ansicht von Experten wird sich die Stahlproduktion bis 2050 verdoppeln. 

Zu den Metallen gehören unter anderem die folgenden wertvollen Rohstoffe:

Einig sind sich die meisten Experten darin, dass es aufgrund der starken Abhängigkeit von Metallen vor allem darum gehen muss, die Produktion und Verwertung von Metallen ökologischer zu gestalten. Für dieses Ziel steht eine Reihe von Maßnahmen zur Verfügung, die sich in der Praxis als effizient erwiesen haben:

Verschwendung passt nicht mehr in die heutige Zeit und Sparen ist angesagt. Auch Metall kann zurückgehalten werden, indem nur so viel Metall gekauft, wie benötigt wird. Die Entwicklung in der Industrie von der Massenware zur Losgröße 1 kann einen Teil dazu beitragen, den Gebrauch von Metallen zu senken. Eine individuelle Metallplatte nach Maß lässt sich in der Industrie passgenau einsetzen und harmonisiert die Aspekte von Wirtschaftlichkeit und einem sparsamen Rohstoffverbrauch.

Bedient sich die Industrie für ihre Metallverwertung an Metallschrott, schont dies die endlichen Ressourcen von Metall und senkt die Emissionen von Treibhausgasen sowie anderen Umweltgiften. Derzeit deckt Metallschrott leider nur 30 % der Nachfrage von Metall, sodass nach wie vor der Löwenanteil des Metallbedarfs aus Eisenerzen gewonnen werden muss. Da das Metall in seiner rohen Form aufgrund der oxidierenden Erdatmosphäre nicht stabil ist, müssen diesem durch verschiedene Reduktionsprozesse zunächst Sauerstoff und Schwefel entzogen werden.

Weitere Emissionen entstehen durch Flotation, womit die Beigabe schäumender Chemikalien zur Trennung feinkörniger Substanzen gemeint ist, und Raffination durch das Redox-Verfahren oder die Elektrolyse. Die Umweltbilanz ist bei diesen Arbeitsschritten verheerend und allein in den Hochöfen werden beträchtliche Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlenstoffdioxid (CO?) freigesetzt. Wird Metall aus Metallschrott recycelt, liegt der Ausstoß an Umweltgiften im Vergleich dazu nur bei 5 bis 10 %.

Ansatzpunkte zur Vergrößerung des Anteils an Sekundärmetallen zuungunsten der Primärmetalle sind eine bessere Sortierung von Metallschrott und hochwertigere Verfahren zur Legierung, damit der Sekundärrohstoff mehrmals wiederverwendet werden kann. Methoden wie der effizientere Einsatz von Bauteilen durch Optimierung beim Leichtbau und der Temperaturbeständigkeit tragen zu diesem Ziel bei und große Chancen liegen im 3D-Druckverfahren. 

Ein verbesserter Korrosionsschutz hat ebenfalls einen Einfluss auf die Langlebigkeit von Metallen im Recyclingkreislauf.

Die Frage, welche Metalle sich am besten für einen mehrmaligen Gebrauch eignen, ist für die angestrebte mehrmalige Wiederverwendung von Metallen von zentraler Bedeutung, damit in Zukunft bevorzugt auf diese Metallsorten gesetzt werden kann. Die Forschung befindet sich hierzu noch in den Kinderschuhen. 

Durch konsequente Mülltrennung und Metallentsorgung in Werkhöfen können sich Privatpersonen an diesem Projekt beteiligen.

Um Legierungen besser identifizieren zu können, können innovative Technologien wie die Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) helfen, die bereits vom Fraunhofer ILT eingesetzt wird. Das Institut berichtet von erfreulichen Verbesserungen mit Blick auf die Schrottverarbeitung und Sortenreinheit. Effizientere Legierungsverfahren stärken die Langlebigkeit von Metallen und halten den Metallkreislauf am Leben. 

Ein Ansatz besteht im Erkennen von Verbindungen zwischen Stoffen, die sich chemisch nur wenig voneinander unterscheiden. Ist dies der Fall, lässt sich der Aufwand für die Spaltungsprozesse deutlich senken.

Verbraucher und die Industrie sind dazu angehalten, Waren und Produktionsmittel, die aus Metall bestehen, länger zu nutzen. Bei Privatkonsumenten rückt hierbei das aus einer Vielzahl von seltenen Erden bestehende Smartphone in den Fokus, während es in der Industrie die metallhaltigen Werkzeuge und Maschinen sind. 

Verfahren wie die Nachvulkanisierung können Maschinen einebnen und Unebenheiten ausgleichen, während Verschleißerscheinungen durch die Neubeschichtung beseitigt werden. Enormes Potenzial bei der Verlängerung der Haltbarkeit bietet die plasmachemische Reduktion, die in den nächsten Jahren spürbar an Wert gewinnen könnte.

Das Problem der hohen Energieintensität von Metallen lässt sich dadurch angehen, dass verstärkt auf grünen Strom gesetzt wird. Geeignet sind dafür die üblichen Verdächtigen aus dem Bereich der Windkraft und Solarenergie. In den letzten Jahren gewann die energieeffiziente Nutzung der Geothermie zunehmend an Bedeutung und ein enormes Potenzial bietet die Energiegewinnung aus Wasserstoff, wobei in dieser Frage noch vieles offen ist.

Derzeit besteht das Problem der Wasserstoffgewinnung nämlich darin, dass für die notwendige Spaltung von Wasserstoff aus gebundenen Verbindungen wie Wasser, Erdgas, Erdöl, Biomasse und anderen wasserstoffhaltigen Verbindungen hohe Energiemengen benötigt werden. Derzeit sind für die Gewinnung von 1 kg Wasserstoff leider noch durchschnittlich 53 kWh Strom erforderlich.

Der Bergbau ist von hohen Emissionswerten geprägt. Weitere Probleme stellen die Abwasserströme dar, welche die Böden belasten und die Ökosysteme gefährden. Inwieweit der Bergbau zur Metallgewinnung reduziert werden kann, um nicht die Ziele der verarbeitenden Industrie zu gefährden, ist eine spannende Frage. 

Weniger riskant sind hingegen Maßnahmen zur Verbesserung der Filter in den Hochöfen sowie zum Schutz von Böden und Grundwasser durch sichere Maßnahmen zur Isolation der Abwässer. Es muss vermieden werden, dass sich Schwermetalle und andere toxische Stoffe im Erdreich anlagern.

Fragt man die Bürger in Deutschland, so ist der Wunsch nach einer umweltfreundlichen Politik längst in der gesellschaftlichen Breite angekommen. 80 Prozent aller Deutschen wünschen sich nach einer aktuellen Forsa-Umfrage eine stärkere Investition in grüne Technologien. Die US-Administration Biden hat es vorgemacht und zu diesem Zweck ein milliardenschweres Investitionspaket auf den Weg gebracht.

Wenn 30 Prozent der weltweiten Treibhausgase, die in die Atmosphäre geschleudert werden, auf das Konto der metallproduzierenden und -verarbeitenden Industrie gehen, zeigt sich, wie enorm der Beitrag von fortschrittlichen, umweltfreundlichen Technologien sein kann. Um die Wirtschaft nicht zu gefährden, sollte es vor allem darauf ankommen, die Nutzung von Metallen ökologischer zu gestalten, wobei in der verstärkten Nutzung von recyceltem Metall die größte Wirkung für die Umwelt zu erzielen ist. 

Die von uns vorgestellten Ideen können einen Beitrag dazu leisten, dass dies in Zukunft gelingt.