Von der Utopie einer Kreislaufwirtschaft

Was ist physikalisch im Recycling überhaupt möglich? Können Sie uns vielleicht anhand des „Metal Wheel“ einige grundlegende Prinzipien erläutern?

Prof. Reuter: Die essentiellen Aussagen des „Metal Wheel” (dt. Metallrad, Anm. d. Red.) sind relativ einfach: Wir brauchen bestimmte Hauptmetallurgie-Sparten, um überhaupt mit den vielfältigen Metallmischungen in modernen Produkten umgehen zu können. Ist zum Beispiel keine Kupfermetallurgie vorhanden, so wird es schwerer, Gold, Platin und andere Elemente wirtschaftlich zu gewinnen. Diese Substanzen sind chemisch ähnlich wie Kupfer, das für deren Gewinnung deshalb ein sogenanntes Trägermetall ist. Ohne die Kupfermetallurgie gingen viele Raffinationsmöglichkeiten verloren. Entsprechend kann man Metalle nicht einzeln betrachten, sondern muss sie im Zusammenhang mit den jeweiligen, in der Mischung vorhandenen Metallen sehen. Auch müssen wir Rohstoffe und Energie gemeinsam betrachten, da sie eng miteinander verknüpft sind. Im Diskurs zur Kreislaufwirtschaft geht es häufig nur um die Ressourcen, aber die Energie wird vergessen. Umgekehrt werden auch in der Energiediskussion oft die Rohstoffe ausgeklammert, die beispielsweise für die nachhaltigen Energieinfrastrukturen der Zukunft benötigt werden. Dabei kann nur eine ganzheitliche Perspektive den notwendigen Überblick verschaffen.

Welche Rolle hat das Produktdesign in diesem Prozess?

Prof. Reuter: Durch die funktionale Verknüpfung von Materialen in Produkten sind der Rückgewinnung Grenzen gesetzt. Das hat das Beispiel Fairphone gezeigt. Es hat aber auch demonstriert, dass eine modulare Bauweise die Recyclingfähigkeit verbessert. Die Frage ist nur, wie viele Module in einem Produkt den Verlust minimieren. Das Fairphone mit seinen sieben Modulen kann eine Recyclingrate zwischen 30 und 40 Prozent erzielen. Man kann also viel erreichen, wenn bei der Produktion der Smartphones die Rohstoffe so auf die Module verteilt werden, dass man am Ende die thermodynamisch und kinetisch bedingten Materialverluste in der Metallurgie verringert. Eine weitere wichtige Frage ist auch, wie stark man die Produkte vor dem Recycling zerkleinert, da dies die Verluste erhöht. Wir sollten uns zudem bewusst sein, dass auch das Produktdesign nicht beliebig verändert werden kann. Letztlich kann man nur durch eine detaillierte simulationsbasierte Analyse, wie wir sie am Beispiel von Fairphone durchgeführt haben, das Optimum der wiederverwertbaren Materialen für jedes Gerät bestimmen und auf dieser Basis recyclingfreundliche Produkte entwickeln.

Was sagen Sie aus wissenschaftlicher Perspektive zu dem beim Fairphone verfolgten Ansatz? Ist das ein gelungener Versuch und Vorbild für die Elektronikbranche?

Prof. Reuter: Das Unternehmen kam auf uns zu und hat uns umfassende Einblicke in seine Stück- und Materialliste gegeben. Dadurch wissen wir genau, welches Material in dem Produkt mit welchem verklebt ist, welches Oxid, welche Legierung und welcher Kunststoff in dem Smartphone steckt und wie diese miteinander gekoppelt sind. Wenn man diese Informationstiefe hat, ist es relativ einfach, mithilfe von Prozesssimulationsmodellen zu berechnen, wie recycelbar ein Produkt wirklich ist. Eine derartige Betrachtung brauchen wir für die Zukunft. Dann können sich die Verbraucher besser informieren. Greenpeace hat unsere Recyclingstudie in seinen Bericht über nachhaltiges „Green Design“ aufgenommen und bewertet Fairphone als Vorreiter in der Elektronikbranche. Das Unternehmen ist mit gutem Beispiel vorangegangen, dem die größeren Konzerne nun folgen sollten.

Welche Motivation sollten die Original-Gerätehersteller haben, ihre Rezepturen preiszugeben? Was kann die Wissenschaft tun?

Prof. Reuter: Keiner kann ein Unternehmen dazu zwingen, die Stücklisten seiner Produkte offenzulegen. Dennoch verfügt jeder Hersteller über diese Listen, sodass die Verbindung zwischen den Designmodellen und unseren Prozesssimulationsmodellen im Grunde nur einen Mausklick auseinanderliegt. Jedes Produkt im Handel könnte also eine Recyclingkennzeichnung erhalten, vergleichbar mit den Energieeffizienzklassen für elektrische Geräte. Vielleicht ändert sich dann das Konsumverhalten.

Sie benutzen ,HSC Sim‘  für die Simulation. Wie funktioniert der Simulator? Was leistet er?

Prof. Reuter: Während meiner Tätigkeit in der Industrie bei dem Anlagenbauer Outotec haben wir die Softwareplattform ,HSC Chemistry‘ entwickelt und zur Konstruktion metallurgischer Anlagen sowie zur Steuerung und Optimierung von Prozessen eingesetzt. Prinzipiell kann man damit den Massen-, Energie- und Exergiefluss – in der modernen Metallurgie sind das die entscheidenden physikalischen Größen und Prozesse – in sehr großen Systemen bei beliebigen Produktdesigns bestimmen. Am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie haben wir die Software so weiterentwickelt, dass man den ökologischen Fußabdruck von Produkten sowie den exergetischen Verlust bei der Verarbeitung verschiedenster metallischer und mineralischer Stoffe in unterschiedlichen metallurgischen Prozesssystemen simulieren kann. Des Weiteren arbeiten wir an innovativen Prozessmodellen und Datenstrukturen, mit denen sich die Systeme der Kreislaufwirtschaft abbilden lassen.

Wir können die Nutzung sowohl von primären natürlichen Rohstoffen als auch von Sekundärmaterialien aus ausgedienten Produkten betrachten und mit dem Produktdesign verknüpfen. Unsere Modelle stellen die Wege der verwendeten metallischen und mineralischen Rohstoffe dar. Das Ergebnis sind komplexe Lebenszyklusanalysen. Die Material-, Energie- und Exergieflüsse in der Kreislaufwirtschaft können wir mit der Software schon relativ gut abbilden.

Wo liegen die Vorteile der Software gegenüber bisherigen Verfahrensweisen?

Prof. Reuter: Obwohl die Software kommerziell verfügbar ist, greifen die meisten Akteure weiterhin auf vergleichsweise unpräzise Materialflussanalysen zurück, um zu bewerten, wie kreislauffähig ein Produktdesign oder ein System ist. Solche Materialflussanalysen sind aber viel zu grob und können die Systeme nicht im Detail darstellen und evaluieren, zum Beispiel im Hinblick auf Exergieflüsse. Um eine Kreislaufwirtschaft zu beschreiben, die viele Milliarden Euro wert ist, muss man genauer vorgehen. Also müssen Methoden genutzt werden, die ökonomisch haltbare Zahlen liefern, auf deren Grundlage dann die Wirtschaftlichkeit von Systemen bestimmt werden kann. Solche Methoden werden schon lange im Bereich Prozess-Engineering eingesetzt, allerdings noch nicht im Produktdesign und da müssen wir hinkommen.

Warum werden immer noch Materialflussanalysen verwendet?

Prof. Reuter: Das ist eine lange Geschichte. Recycling ist aus der Abfallindustrie hervorgegangen. Man hat sich die groben Ströme von Glas, Stahl, Aluminium usw. angeschaut und die Modelle waren entsprechend einfach. Die Welt hat sich jedoch verändert. Die abbaubaren Erze wurden immer komplexer und damit wurden auch immer mehr Verunreinigungen in den Kreislauf gebracht. In der Primärindustrie ist sehr wohl bekannt, dass man damit gut umgehen muss und in der Verantwortung steht, Metalle wie Arsen oder Quecksilber auf eine umwelttechnisch vertretbare Weise aus dem System herauszuschleusen. Im Recycling haben wir es heutzutage ebenfalls mit Nebenelementen, Vermischungen, Verbindungen und Verklebungen zu tun. Dabei geht es insbesondere um die Technologieelemente, die nur in geringen Mengen vorhanden sind.

Warum wird heute nach wie vor eher traditionell an das Thema herangegangen?

Prof. Reuter: Es reicht heute nicht mehr, wie zuvor beschrieben, die groben Ströme zu betrachten. Wichtig sind auch die Technologieelemente, die die moderne Gesellschaft antreiben. Also Kobalt, Nickel, Lithium, Indium, Germanium und dergleichen. Das Kreislaufsystem ist sehr viel komplexer und detaillierter geworden und kann im Prinzip nur noch mithilfe von metallurgischer Simulationssoftware beschrieben werden. Wir haben eine renommierte Community, die an den Universitäten dieser Welt immer noch diese Materialflussanalysen lehrt. Die Community der Prozessmetallurgen wird hingegen immer kleiner. In Zukunft, wenn wir von Kreislaufwirtschaft sprechen wollen, müssen wir mit den Nebenelementen umgehen. Hier kommt es dann sehr stark auf detailgenaues Fachwissen und die Erfahrung aus der Industrie an.

Zum Abschluss noch eine Frage: Wie sieht es mit alten Bergbauhalden aus, können wir diese reaktivieren?

Prof. Reuter: Meine erste Aufgabe in der Industrie vor fast 40 Jahren war es, eine Anlage zur Gewinnung von Gold aus den Halden der südafrikanischen Goldbergwerke zu betreiben. Wenn es sich wirtschaftlich lohnt, dann können Halden wertvoll werden. Das Thema Remining ist also immer aktuell. Natürlich brauchen wir dafür eine entsprechende Prozessmetallurgie und es muss sich wirtschaftlich auszahlen.

Herr Prof. Dr. Reuter, wir danken für das Gespräch.
Das Interview führten Jana Kandarr und Oliver Jorzik (ESKP), November 2018