Kritische Ressourcen (Forschung)


Kritische mineralische Ressourcen und Stoffströme

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Kritische mineralische Ressourcen und Stoffströme bei der Transformation des deutschen Energieversorgungssystems (KRESSE)“ wurde untersucht, welche mineralischen Rohstoffe für Technologien, die zur Strom-, Wärme- und Kraftstofferzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland bis zum Jahr 2050 herangezogen werden, relevant sind und welche dabei als „kritisch“ einzustufen sind. Berücksichtigt wurden hierbei neben der langfristigen Verfügbarkeit auch die Versorgungssituation, die Recyclingfähigkeit und die Umweltbedingungen der Förderung. Dabei wurde bereits in einem vorangestellten Grobscreening (auf Grundlage einer Metaanalyse existierender Studien) festgestellt, dass Technologien zur (reinen) Wärmebereitstellung sowie zur Herstellung von Biokraftstoffen als voraussichtlich unproblematisch in Bezug auf ihren Bedarf an kritischen Ressourcen eingeschätzt werden können. Der Schwerpunkt der Studie lag deshalb auf Technologien zur Stromerzeugung und -speicherung, insbesondere auf Windenergie, Photovoltaik und Batteriespeichern.

Forschungsprojekt KRESSE

Forschungsprojekt WindenergieForschungspartner: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie GmbH
Gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), ab 2014 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Als Gesamtergebnis der Studie wurde festgestellt, dass „die geologische Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe für den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland grundsätzlich keine limitierende Größe darstellt.“ Allerdings sind für einzelne Technologieoptionen bei starkem Ausbau Versorgungsengpässe möglich. Im Bereich der Windenergie lag das Hauptaugenmerk auf den Seltenerdmetallen Neodym (Nd) und Dysprosium (Dy), die bei der Herstellung von Synchrongeneratoren mit Permanentmagneten benötigt werden. Die steigende Bedeutung von Windkraftanlagen dieses Typs im deutschen On- und Offshoremarkt ist bereits aus heutigen Markt- und Planungsdaten erkennbar. Trotz geologischer Verfügbarkeit ist die Versorgung mit Neodym und Dysprosium in Deutschland von wenigen Liefernationen abhängig und deshalb nicht unbedingt garantiert. Für Dysprosium, das benötigt wird, um auch bei höheren Materialtemperaturen die magnetischen Eigenschaften von Neodym-Eisen-Bor-Magneten zu erhalten, ist China derzeit die einzig relevante Fördernation. Zum einen ist die Ausbringung der Minen mit ca. 10 Prozent sehr gering und zum anderen entstehen je nach Abbaubedingungen darüber hinaus erhebliche Umweltbelastungen.

Für Onshore-Anlagen könnte, um die Verwendung dieser kritischen Rohstoffe zu reduzieren, auf den Einsatz elektrisch erregter Generatoren fokussiert werden. Allerdings lassen sich durch Generatoren mit Seltenerdmagneten leistungsfähigere und leichtere Anlagen verwirklichen. Bei Offshore-Anlagen könnte langfristig die Entwicklung von elektrisch erregten Generatoren relevant sein, in denen keramische Hochtemperatursupraleiter (HTS) zum Einsatz kommen. Damit ließen sich deutlich geringere Generatorgewichte als bei derzeitigen Anlagen verwirklichen. Für Generatoren, die weiterhin mit Seltenerdmagneten gebaut werden, sollte möglichst auf eine recyclinggerechte Konstruktion geachtet werden. Darüber hinaus sollte an der Überwindung von Hürden der verfahrenstechnischen Umsetzung eines hochwertigen Recyclings gearbeitet werden.

Weitere Informationen sowie den Abschlussbericht finden Sie unter: wupperinst.org