Prof. Armin Reller: Urban Mining - Wertstoff der Zukunft

Urban Mining – Wertstoffe der Zukunft

Kondratjew-Zyklen

Meadows et al. 2008
6. Zyklus

???
5. Zyklus Nachhaltigkeit
erneuerbare Energien
Kreislaufwirtschaft
Grüne Gentechnik
Bionik
Innovationsgrad

4. Zyklus Nanotechnologie

3. Zyklus
Informationstechnologie
Softwareentwicklung
Petrochemie digitale Netzwerke
2. Zyklus Automobil Mikroelektronik
Elektrizität Elektronik Biotechnologie
Elektrotechnik Fernsehen Materialforschung
1. Zyklus mit Kohle chemische Industrie Computer Robotik
betriebene Öl und Kunststoffe Luftfahrtindustrie
Dampfschiffe Verbrennungsmotor Kernenergie
Wasserkraft
Eisenbahn Automobilindustrie Raumfahrt Basisinnovationen
Stahlwerke Kommunikationstech.
Dampfmaschine
Werkzeugmaschinen
Textilmaschinen
Fabriksysteme
moderne Eisenwerke

1785 1845 1900 1950 1990 2020

Quelle: Hargroves 2008 & Knox et al. 2008 IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Mrd. t SKE (Steinkohleeinheiten)

Ölkrisen

2. Weltkrieg
Weltwirt-
schaftskrise
1. Weltkrieg
und Folgen

Quelle: Technologie- und Förderzentrum Bayern 2007

Quelle: BGR 2009
IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Abbau von Ölsand in Alberta, Kanada

Quelle: www.zdf.de IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Ölsand Alberta / Kanada

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


Zukünftige Energiesysteme ohne Funktionswerkstoffe und strategische Metalle?



Quelle: B. Achzet / V. Zepf / Universität Augsburg / Lehrstuhl für Ressourcenstrategie IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


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

CIS-Solarmodul

Schematischer Aufbau
Kontaktdrähte (Grid):
einer CIS-Solarzelle
Silberlegierungen

Frontkontakt:
Zinkoxid

Puffer:
Metallsulfid (Cadmiumsulfid)

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

Rückkontakt:
Molybdän

Trägermaterial:
Glas, Edelstahl, Kupfer, Titan oder Molybdän

CIS-Solar-Faltmodul
*CIS = Copper Indium Selenide



mii.org

diepresse.com



Verkehr der Zukunft?



Kupferabbau in Chuquicamata (Chile)

Quelle: commons.wikimedia.org IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Risiken der Rohstoffabhängigkeit

Quelle: Wagner 2008 IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Betrachtung des gesamten Wertstoffkreislaufs

Einbeziehung der
Energiewandlung
als Rohstoffquelle

Energiewandlung
• Bergbau,
Förderung
• Aufbereitung
• Raffination
• Entschwefelung



110.000 Tonnen aus
- Beton 13.000 Türen
- Stahl 189 Etagen; davon
- Aluminium und 162 bewohnbar
- Glas 517.240 qm
- Carrara Marmor Geschossfläche
- Gold 24.000 Tonnen Carrara
Marmor
8.000 qm 22-karätiges
Der Buri al Arab
Gold
steht auf einer etwa
7000 Quadratmeter 31.400 metrische
großen Platte aus Tonnen Stahl
Stahlbeton. 1.375 Tonnen
Aluminium
Diese ruht auf 750
Betonpfählen, die bis zu 28.261 Glasplatten
50 Meter tief im Boden 44.000 Tonnen Glas
stecken. Für den
Rohbau wurden mehr Und………………….
als 330.000 Kubikmeter Hunderte von Metall-
Beton verwendet. basierten Materialien

Quelle: http://www.welt.de/reise/article5719347 IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012

Mineral Resources

Building Small

Nanotechnology makes inroads in the
construction industry:

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

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


Dissipation von nanoskaligen Zinkoxid- und Titanoxidpartikeln

Quelle: BASF IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


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

Aus dem Labor auf den Teller

Titanoxid soll das Schmelzen in der Hand verhindern

Dank Nanokapsel mehr Kalzium in der Milch


Kritikalitätsfaktoren (Auswahl)

Geologische
Verfügbarkeit
Technische (Reichweite)
Entwicklung Geopolitische
(Bedarf an Einflussfaktoren
Rohmaterial,
Primärproduktion)

Ökologische Ökonomische
Konsequenzen Entwicklung
(Extraktion, (Preis, Angebot,
Anwendung Recycling- und Nachfrage)
Deponierung) Substitutions-
möglichkeiten



Zusammensetzung des Mülls an der Nordseeküste

Quelle: Petra Hutner IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Behandlung von Plastikabfällen in Europa* in Kilotonnen

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

Quelle: Petra Hutner IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Quelle: http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-52270-3.html IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012


Quelle: Wikipedia Commons IST Techno Apéro • Schaffhausen • Armin Reller • 11.06.2012

Ressourcenstrategie

Materialvielfalt in der Halbleiterindustrie

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

Rückgewinnung
von Rohstoffen
Schlacken-Symposium Meitingen • 12. Oktober 2011 • Armin Reller


Fraunhofer-Projektgruppe IWKS

Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoff-
Kreisläufe und Ressourcenstrategie

„Think Tank“ Technologien Substitution/
Innovation
Grundlagen Rohstoffgewinnung
Rohstoffe
Strategie Recycling
Werkstoffe



Projektgruppe IWKS – Arbeitsmodell

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

System

Prozess

Werkstoff

Element



Biomining



Wissen ist der einzige Rohstoff, der sich bei Gebrauch vermehrt

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


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


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