Großer Stapel von Aluminium- und Eisenschrott, bereit zum Recycling

Deutschland ist bei vielen Metallen von anderen Lieferländern abhängig. Die Kreislaufwirtschaft hilft, diese Abhängigkeit zu durchbrechen. (Bild: luca pb - stock.adobe.com)

Robert Habeck arbeitet hart. Seitdem ein mögliches Ölembargo im Raum steht, hat sein Wirtschaftsministerium daran gearbeitet, den Anteil aus Russland importierten Erdöls zu reduzieren - von 35 Prozent auf zuletzt nur noch zwölf Prozent. Das geht aus dem Fortschrittsbericht Energiesicherheit der Bundesregierung hervor (Stand: Mai 2022).

Um bei Energieimporten künftig nicht mehr auf Vladimir Putin  angewiesen zu sein, will Habeck zugleich Windkraft und Photovoltaik massiv ausbauen. Genau dadurch könnten aber neue Abhängigkeiten entstehen. Denn die Rohstoffe, die Deutschland für die Energiewende braucht, kommen zu großen Teilen aus unzuverlässigen Lieferländern – wie Russland.

„Von dort bezogen Gießereien bislang rund ein Fünftel des von ihnen verarbeiteten Roheisens“, erklärt Martin Rölke, Referent für Rohstoffe, beim Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie (BD Guss). Mit dem Material stellen Gießer beispielsweise Naben für Windturbinen her.

Auch Nickel kommt vor allem aus Russland

Martin Rölke
Martin Rölke ist Referent für Rohstoffe beim Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie. (Bild: BD Guss)

Brasilien, so Rölke, könne den Wegfall russischer Lieferungen zwar teilweise ausgleichen. „Da momentan jedoch viele Länder Ausfälle kompensieren müssen, kann Brasilien die Preise für Roheisen diktieren“, berichtet er. Seit Januar 2021 ist der Preis für eine Tonne des Rohstoffs um mehr als das doppelte auf derzeit 1.200 Euro gestiegen.

Bei anderen für die Energie- und Verkehrswende benötigten Rohstoffen sieht es ähnlich aus. So bezog Deutschland dem BD Guss zufolge bislang 45 Prozent des hierzulande als Legierungsbestandteil verarbeiteten Nickels aus Russland. Neben Mangan und Kobalt ist das Erz zugleich der wichtigste Rohstoff für die Herstellung der Kathoden in Batterien von Elektrofahrzeugen und den Speichern für Strom aus Photovoltaikanlagen.

Auch 20 Prozent des in Deutschland verarbeiteten Aluminiums kommen aus Russland. Genauso groß ist die Abhängigkeit bei Stahlveredlern wie Chrom und Edelmetallen für Katalysatoren wie Palladium. Das stellt das Institut der Deutschen Wirtschaft (IW) in einer aktuellen Studie fest.

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Salzsee Salar de Uyuni - Bildquelle Gerd Mischler

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Kreislaufwirtschaft kann Abhängigkeiten mindern

Deutschland ist bei der Versorgung mit Metallen jedoch nicht nur von Russland abhängig. Als etwa China im 2021 zahlreichen Magnesium-Raffinationen den Strom abstellte, stieg der Preis für das Metall um mehr als das Fünffache auf zuletzt über 10.000 US-Dollar pro Tonne. Die Volksrepublik liefert 87 Prozent des auf dem Weltmarkt verfügbaren Erzes, das Aluminium erst so duktil macht, dass sich dieses verarbeiten lässt.

Eine Kreislaufwirtschaft, wie sie die Europäische Union mit ihrem 2020 beschlossenen einschlägigen Aktionsplan und die Bundesregierung mit dem im gleichen Jahr novellierten Kreislaufwirtschaftsgesetz aufbauen wollen, kann solche Abhängigkeiten weitgehend reduzieren. Denn anders als in einem linearen Wirtschaftsmodell werden Ressourcen in der Kreislaufwirtschaft nicht verbraucht, sondern recycelt.

Einmal der Natur entnommene und aus Lieferländern eingeführte Rohstoffe werden dadurch so lange wie möglich produktiv eingesetzt. Zugleich werden Abfälle in den Produktionsprozessen der Kreislaufwirtschaft sowie am Lebensende eines Produkts auf ein Minimum reduziert. Um Rohstoffe und Energie für Fertigungsprozesse möglichst sparsam einzusetzen, entwerfen Hersteller Produkte zudem so, dass sich diese leicht instandhalten sowie nötigenfalls reparieren lassen und dadurch eine möglichst lange Lebensdauer haben.

Jedes Teil der Wertschöpfung muss zirkulär gedacht werden

Außerdem suchen sie nach neuen Produktionsverfahren und Wegen, um kritische Rohstoffe durch andere Werkstoffe zu ersetzen, wenn sie sich so aus einem nicht mehr verwendbaren Endprodukt leichter wiedergewinnen lassen oder dessen Herstellung dann weniger Energie erfordert.

„Wir brauchen eine höhere Stufe der Modularität in der Entwicklung, um Bauteile so austauschen oder trennen zu können, dass sie rezyklierbar werden“, ergänzt Dr. Darko Sucic, Senior Director und Industry Consultant für Zentraleuropa bei dem französischen Spezialisten für Software für die Industrie, Dassault Systèmes. Bislang dächten Entwickler jedoch kaum über die Demontage der von ihnen entworfenen Produkte nach. So gehen unnötig Ressourcen verloren, beklagt Sucic. „Denn Untersuchungen zeigen, dass bis zu 90 Prozent der Bauteile und Materialien wiederverwendet werden können.“

Um die Potenziale geschlossener Stoffkreisläufe zu heben, kommt es darauf an, jeden Teil der Wertschöpfung im Unternehmen zirkulär zu denken – „vom Design über die Produktion bis hin zu Verkauf, Nutzung und Rückgewinnung des Produkts“, fordert auch Dr. Holger Rubel, Senior Partner und Experte für die Kreislaufwirtschaft bei der Unternehmensberatung Boston Consulting.

Gelingt dies, lassen sich nicht nur erhebliche Mengen Energie und Treibhausgasemissionen einsparen. Die Kreislaufwirtschaft verringert dann auch die Abhängigkeit von unzuverlässigen Rohstofflieferanten wie Russland oder China und macht die Supply Chains deutscher Unternehmen resilienter, wenn Lieferstaaten ihre Rohstoffvorkommen in geopolitischen Konflikten als Druckmittel einsetzen.

„Wer Metalle, Kunststoffe und Batterien recycelt, ist weniger von schwankenden Weltmarktpreisen, instabilen Förderländern und anfälligen Lieferketten abhängig“, fasst Constantin Gall, Managing Partner des Bereichs „Strategy und Transactions“ bei der Unternehmensberatung Ernst & Young, zusammen.

Was bedeutet Kreislaufwirtschaft?

Anders als in einem linearen Wirtschaftsmodell werden Ressourcen in der Kreislaufwirtschaft nicht verbraucht, sondern recycelt. Einmal der Natur entnommene und aus Lieferländern eingeführte Rohstoffe werden dadurch so lange wie möglich produktiv eingesetzt. Zugleich werden Abfälle in den Produktionsprozessen der Kreislaufwirtschaft sowie am Lebensende eines Produkts auf ein Minimum reduziert.

 

Um Rohstoffe und Energie für Fertigungsprozesse möglichst sparsam einzusetzen, entwerfen Hersteller Produkte zudem so, dass sich diese leicht instandhalten sowie nötigenfalls reparieren lassen und dadurch eine möglichst lange Lebensdauer haben. Außerdem suchen sie nach neuen Produktionsverfahren und Wegen, um kritische Rohstoffe durch andere Werkstoffe zu ersetzen, wenn sie sich so aus einem nicht mehr verwendbaren Endprodukt leichter wiedergewinnen lassen oder dessen Herstellung dann weniger Energie erfordert.

Stahl kommt zu 44 Prozent aus recycelten Rohstoffen

„Recycling ist in der Kette der Kreislaufwirtschaft aber nur der letzte Schritt“, mahnt Dr. Eric Maiser, Leiter des Bereichs Future Business beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau. Damit ist sie in einem geschlossenen Stoffkreislauf allerdings auch der erste – und für Betriebe, die Stahl, Aluminium oder Gussprodukte herstellen, bislang der bedeutendste.

In Deutschland werden 44 Prozent des Stahls aus recycelten Rohstoffen hergestellt. „Die rund 230 deutschen Eisengießereien füllen ihre Schmelzen sogar zu 90 Prozent mit Sekundärmaterial und nur noch zu zehn Prozent mit neuem mit Primärmaterial, wie überwiegend Roheisen“, berichtet Rohstoff-Experte Martin Rölke vom BD Guss.

Podcast: Katja Windt über die Transformation in der Stahlbranche

Beispiel: Kreislaufwirtschaft beim Metallverarbeiter Otto Fuchs

Einer dieser Betriebe ist die Otto Fuchs KG. Der Metallverarbeiter mit Sitz in Meinerzhagen im Sauerland stellt in seinen Gießereien, Schmieden, Strangpressen und Walzwerken vor allem Teile für die Automobilindustrie und Luftfahrt her. Die Gießerei des Unternehmens mit 10.200 Mitarbeitenden bezieht dabei 80 Prozent des eingesetzten Aluminiums aus Materialresten, die bei Fertigungsprozessen wie dem Entgraten, Pressen oder Zerspanen in anderen Unternehmensteilen anfallen.

Für die Verarbeitung dieses Materials benötigt der Metallverarbeiter nur fünf Prozent der Energie, die für die Herstellung neuen Aluminiums erforderlich ist. Da die Otto Fuchs KG zwei Zweikammerschmelzöfen betreibt, kann sie ihre Schrotte zudem in einem Arbeitsgang einschmelzen und für den neuen Guss aufbereiten. So spart sie sich den andernfalls erforderlichen Transport des Sekundäraluminiums vom Einschmelzofen in die Gießerei. Insgesamt vermeiden die Sauerländer so jedes Jahr 9.000 Tonnen Kohlendioxidemissionen.

Kunden müssen dabei keinerlei Abstriche bei ihren Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der gelieferten Gussprodukte machen. Denn Metalle lassen sich ohne Qualitätsverluste beliebig oft einschmelzen und wiederverwenden. Drei Viertel der jemals weltweit produzierten 1,5 Milliarden Tonnen Aluminium und 80 Prozent des jemals gewonnenen Kupfers sind daher heute noch im Einsatz, berichtet der BD Guss.

Alles Wissenswerte zum Thema CO2-neutrale Industrie

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Der weltweite Bedarf an Schrotten wird zunehmen

Elke Radtke, Referentin für Umwelt- und Arbeitsschutz beim BD Guss
Elke Radtke ist beim BD Guss Referentin für Umwelt- und Arbeitsschutz (Bild: BD Guss)

Die Kreislaufwirtschaft ist hier ebenso wie bei der Verarbeitung von Eisen also längst Realität. Schmieden, Gießereien und Stahlwerke leben deshalb jedoch keineswegs in einer perfekten Welt. Im Gegenteil: Denn ausgerechnet bei der Metallerzeugung und –verarbeitung machen sich die Energiewende und die Kreislaufwirtschaft künftig Konkurrenz.

Bislang füllen deutsche Stahlproduzenten ihre koksbefeuerten Hochöfen nur zu rund einem Fünftel mit Schrott. Wenn sie wie ihre Wettbewerber in vielen anderen EU-Staaten das bereits getan haben künftig auf die klimaschonendere Elektrostahlroute umsteigen, können sie die dafür genutzten Öfen nur noch mit Schrott füllen.

„Doch nicht nur Stahlwerke in Europa, auch China wird für seine Stahlindustrie erheblich mehr Schrott benötigen als bislang, wenn es auf die Elektrostahlroute umsteigt, um wie angekündigt bis 2060 klimaneutral zu werden“, befürchtet Elke Radtke, Referentin für Umwelt- und Arbeitsschutz beim BD Guss. „Der weltweite Bedarf an Schrotten wird daher künftig um mehrere Millionen Tonnen zunehmen“, ergänzt ihr Kollege Martin Rölke.

Schrott kann nicht gezielt hergestellt werden

Wo die herkommen könnten, ist bislang nicht geklärt. „Denn Schrott ist der einzige Rohstoff, der nicht gezielt hergestellt wird, weil er benötigt wird, sondern der irgendwo als ‚Abfall’ entsteht“, erklärt Rölke. Die deshalb zu erwartende Materialknappheit werde sowohl für den Aufbau der Elektrostahlroute in der Stahlindustrie wie für die traditionell betriebene Kreislaufwirtschaft in vielen Gießereien ein existenzielles Problem. Dieses lässt sich allerdings nicht wie bisweilen gefordert lösen, indem die EU den Export von Schrotten verbietet.

„Diese sind zwar ein weltweit gehandeltes Gut“, erklärt Expertin Radtke. „Allerdings führen wir aus der EU ohnehin meist nur das Material aus, das wir aufgrund seiner Qualität hierzulande nicht mehr weiterverwenden können.“

Zum anderen müssten Unternehmen und Verbraucher befürchten, dass außereuropäische Hersteller keine hochwertigen Metallprodukte mehr in die EU liefern, wenn diese die Ausfuhr von Schrotten unterbindet. „Protektionismus etwa in Form von Zöllen oder Zertifizierungsanforderungen ist keine Lösung“, findet auch Rohstoffexperte Martin Rölke.

Schließlich bräuchten Gießereien und Metallerzeuger nicht nur Schrotte. Sie müssten in Nicht-EU-Staaten auch Legierungsbestandteile einkaufen. „Wenn bei Rohstoffen wie zuletzt bei Magnesium Abhängigkeiten und Engpässe bestehen, die wir nur auf diplomatischem Weg abmildern können, bekommen wir in Europa ein Glaubwürdigkeitsproblem, wenn wir selbst den Export von Schrott verbieten“, warnt Rölke.

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Was Robotik mit Recycling zu tun hat

Um die Kreislaufwirtschaft in der Metallerzeugung sowie in Gießereien trotz der zu erwartenden Schrottknappheit weiterentwickeln zu können, müssten vielmehr noch mehr der hierzulande anfallenden Altmetalle gesammelt und nach Sorten sortiert werden. So lässt sich das Material im Stoffkreislauf halten, statt es auszusortieren und zu exportieren. Dazu müsste aber die Forschung an Verfahren intensiviert werden, mit denen sich beispielsweise die 450 gebräuchlichen Aluminiumlegierungen so von einander trennen lassen, dass Gießereien verfügbare Schrotte nicht ablehnen müssen, weil Chargen unterschiedliche Legierungen enthalten.

Besonders großes Potenzial bei der Aufbereitung von Material für das Recycling haben Robotik-Lösungen. Das zeigt ein im November 2021 vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung vorgestellter Roboter, der Akkus von Elektrofahrzeugen eigenständig in ihre Komponenten zerlegt und so die Wiedergewinnung der in ihnen enthaltenen Rohstoffe erleichtert.

„Die Bundesregierung muss die Forschung an solchen für den Aufbau der Kreislaufwirtschaft erforderlichen Lösungen stärker fördern“, fordert Martin Rölke vom BD Guss. „Denn viele Ziele, die die Politik ausgibt, können wir technisch heute noch nicht erreichen.“

So läuft Kreislaufwirtschaft bei Schaeffler und Airbus ab

Um durch die zu erwartende Schrottknappheit gar nicht erst in Schwierigkeiten zu geraten, nutzen viele Unternehmen zudem heute schon weitere Instrumente der Kreislaufwirtschaft. Die Entwickler der Schaeffler Gruppe in Herzogenaurach beispielsweise simulieren alle denkbaren Varianten eines Produkts zunächst virtuell. So finden sie die optimale Lösung, ohne Material für den Bau von Prototypen zu verbrauchen. Um Abfälle wie Späne so weit wie möglich vermeiden zu können, produziert der fränkische Automobil- und Maschinenbauzulieferer zudem jedes Jahr 5.000 Teile mit additiven Fertigungsverfahren.

Mit dieser Technologie lassen sich auch Werkstoffe wie Stahl oder Aluminium ersetzen. Flugzeugbauer Airbus hat beispielsweise gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung sowie weiteren Partnern ein Verfahren entwickelt, um Serienbauteile nicht mehr durch subtraktive Verfahren aus Alu herzustellen, sondern additiv aus Titan zu fertigen.

Die so produzierten Teile stehen bei Wartungsarbeiten und Reparaturen ohne Warte- und Lieferzeit zur Verfügung. Werden sie als Drop-In-Lösungen entwickelt, können Substitute zudem montiert werden, ohne andere Bauteilen ändern zu müssen. Zugleich wiegen sie erheblich weniger als die bislang aus Alu gefertigten Teile. So lassen sich durch Ersatzwerkstoffe in der Luftfahrt erhebliche Mengen Treibstoff ein- und Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck ein bisschen Arbeit ersparen.

(Bearbeitet von Anja Ringel)

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Anja Ringel (links) und Julia Dusold (rechts) strahlen in die Kamera.

Im Podcast Industry Insights sprechen wir gemeinsam über alles, was die Industrie beschäftigt. Unsere Redakteurinnen Julia Dusold und Anja Ringel haken nach, welche Karrierethemen und Technik-Trends bei Technologieunternehmen und Maschinenbauern gerade aktuell sind. Dafür laden wir in jede Folge eine prominente Branchengröße ein, um mit ihr zu diskutieren.

Das Moderatorinnen-Duo sprach bisher beispielweise mit Ingo Spengler (COO Leoni) über die Zukunft des Zulieferers und Blumensträuße in Ägypten, mit Dr. Christina Reuter (Airbus/Kion) über Digitalisierung und Frauen in technischen Berufen sowie mit Eckard Eberle (COO Process Automation bei Siemens) über Industrie 4.0 und 5G.

 

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