Post on 18-Sep-2018
ludwig bölkow
systemtechnik
Die Endlichkeit der Erze
Sind alle technischen Lösungsmöglichkeiten zur Nachhaltigkeit machbar?
Beispiel Autoindustrie
Dr. Werner Zittel
Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH · Ottobrunn
Zittel@LBST.de
Brannenburger Forum für nachhaltige Entwicklung, 20.September 2013
ludwig bölkow
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• Ressourcenverbrauch
• Entstehung der Elemente und Lagerstätten
• Typisches Erschließungsmuster
• Beispiel fossile Energieträger
• Metalle – ein historischer Streifzug
• Verwendung der Metalle (Förderstatistiken ; Andwendungen)
• Einfluss der Preise auf Produktionskosten
• Materialien in der Autoindustrie – Beispiele
• Folgerungen
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Weltproduktion von Rohstoffen 2009
Tonnen
Fossile Energieträger
Eisen und Eisenveredler
Nichteisenmetalle
Edelmetalle
Sonstige
ludwig bölkow
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Die Entstehung von Erzlagerstätten
Die Häufigkeit der Elemente im Sonnensystem:
In den ersten Minuten nach dem Urknall entstanden H und He.
Diese machen 98% der Materie aus
Elemente bis Fe:
Fusionsprozesse
Schwere Elemente:
Neutronenreaktionen
(z.B. Supernova-
ausbrüche)
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Die Entstehung von Erzlagerstätten
Massenanteil der Elemente auf der Erde:
O 32%
Fe 29%
Mg 15,8%
Si 17,1%
Al 1,5%
Ca 1,6%
Ni 1,7%
C 0,9% Cr 0,4%
Rest 0,1%
Massenanteil der Elemente in der Erdkruste:
O 47,5%
Fe 3,9%
Mg 1,5%
Si 31,1 %
Al 8,2%
Ca 2,6%
Ti 0,4% K 2,4%
Rest 0,1% Na 2,4%
Henderson 2009
Gao 2010 Wikipedia
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Massenanteil der Elemente in der kont. Erdkruste:
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti Mn
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Mn Ba Zr V Rb Cr Zn Li Ni La Cu
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
Nd Ga Pb Pr Cs Gd Dys U
0
0,00001
0,00002
0,00003
0,00004
0,00005
0,00006
0,00007
In Ag Au Pt
0,0
000005
%
%ₒ
%ₒ Henderson 2009
Gao 2010
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Die Entstehung von Erzlagerstätten
Primäre Lagerstätten (Vulkanismus, Magma)
Sekundäre Lagerstätten (v.a. durch Hydrothermale Prozesse)
Black Smokers
(Im Atlantik)
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Die Entstehung von Erzlagerstätten
Subduktionszonen (Anden, Rocky Mountains)
Copper ore deposits
Source: Grassmann 2002 Doctoral Thesis
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Ressourcen und Reserven als Paramter künftiger Verfügbarkeit
Die eine Sichtweise (idealisiert):
Klassifizierung in
• Reserven (nachgewiesen, wahrscheinlich, möglich)
• Ressourcen (P95, P50, P05): Abschätzung mit geologischen Modellen
Ressourcenbasis
Bereits
gefördert
Identifizierte Lagerstätten
Lagers
tätt
enqualit
ät
gut
schlecht
Geologischer Nachweis sicher spekulativ
Unentdeckte Lagerstätten
Ökonomisch
gewinnbar
Nicht ökonomisch
gewinnbar
Technologischer Fortschritt
(Preisanreiz)
Verstärkte Exploration
(Preisanreiz) Reserven
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Ressourcen und Reserven als Paramter künftiger Verfügbarkeit
Die eine Sichtweise (die Realität):
Klassifizierung in
• Reserven (nachgewiesen, wahrscheinlich, möglich)
• Ressourcen (P95, P50, P05): Abschätzung mit geologischen Modellen
Ressourcenbasis
Identifizierte Lagerstätten
Lagers
tätt
enqualit
ät
gut
schlecht
Geologischer Nachweis sicher spekulativ
Unentdeckte
Lagerstätten
Ökonomisch
gewinnbar
Nicht ökonomisch
gewinnbar
Technologischer Fortschritt
(Kostentreiber)
Verstärkte
Exploration (Preisanreiz)
Reserven Bereits gefördert
Exorbitante Kosten und Umweltschäden
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Häufige Metalle :
Mineralogische Barriere für Elemente > 0,1% Anteil an der Erdkruste
Metall-
menge
Erzgehalt (%) Durchschnitts-
Konzentration in der
Erdkruste
Gegenwärtiger
Abbau
Mineralogische
Barriere Verbleibende abbauwürdige Ressourcen
• Aluminium,
• Eisen,
• Silizium,
• Magnesium
• Titan
• Kalium
• Kalzium
Nach Skinner (1976)
Extrem steigender
Aufwand
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Seltene Metalle
Mineralogische Barriere für Elemente <0,1% Anteil an der Erdkruste
Menge
Erzgehalt (%) Durchschnitts-
Konzentration in der
Erdkruste
Gegenwärtiger
Abbau
Mineralogische
Barriere
Verbleibende abbauwürdige Ressourcen
• selten: Cu, Sn, Sb, Ag, …
• In Spuren: Pt, In, Sa,
Nach Skinner (1976)
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Ressourcen und Reserven als Paramter künftiger Verfügbarkeit
Die andere Sichtweise:
Klassifizierung in
• Zeitreihe der kumulierten Funde (nachgewiesen, wahrscheinlich)
• Noch zu erwartende Funde (=Extrapolation der historischen Zeitreihe des Findens
• Aggregierung der Analyse der regionalen Zeitreihen
(These: ökonomische, technische und geologische Aspekte sind
implizit über die Historische Entwicklung erfasst)
Zeit
Kumulierte
Funde Erwartete Bandbreite
Künftiger Funde
Innerhalb eines Zeitraumes
Reserven
Und kumulierte
Förderung
Insgesamt förderbare Menge
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Zeit
Menge,
Preis
Jährliche Funde
Jährliche
Fördermenge
Preis
Grundsätzliches Muster von Funden, Förderung und Preis
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0
10
20
30
40
50
60
1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050
Gb
/a
Konventionelles Erdöl
Past Discovery
Future Discovery
Production
Reale Funde
Erwartete Funde
Förderung
0
120
19301936194219481954196019661972197819841990199620022008
Ölpreis
Beispiel Erdöl
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-5.0
0.0
5.0
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Y/Y GDP growth rate in the US
0
30
60
90
120
150
1960 1970 1980 1990 2000 2010
$/Ba
rrel
Year
Quelle: Die Monatswerte des „US First Purchase Price“ wurde den Internetseiten des US DoE entonommen. Die Daten vor 1974 wurden durch Anpassung
der Datensätze für 1974 aus BP Statistical Review of World Energy errechnet.
Die näherungsweise Umrechnung in reale Preise erfolgte durch die LBST anhand von jährlichen US-Inflationsraten aus http://inflationdata.com
Die Nymex Monatsendwerte wurden
http://futures.tradingcharts.com/chart/CO/M/?saveprefs=t&xshowdata=t&xCharttype=b&xhide_specs=f&xhide_analysis=f&xhide_survey=t&xhide_news=f
entnommen
Rohölpreis und Rezessionen
nominal
US First Purchase Price (nominal)
US First Purchase Price (inflationsbereinigt)
Nymex Monatsendwerte (nominal)
real($2007)
Incl. Dec 12
%
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0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
98 99 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
2
4
6
8
10
12
Mb/Tag
Qulle: Quartalsberichte, Shell
Bitumen/SCO
Russland
Europa
Jahr
E&P-Ausgaben
(Mrd. US $)
E&P Ausgaben
Beispiel Shell: Ölförderung und steigende Explorationskosten
Enterprise
sonstige
USA
©Ludwig-Bölkow Systemtechnik GmbH
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0
2
4
6
8
10
12
14
97 98 99 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Ölförderung der großen an der Börse notierten Ölfirmen
ExxonMobil
Shell
BP
ChevronTexaco
ConocoPhillips Unocal
50% TNK
Texaco
Enterprise
Mb/Tag
Quelle: Quartalsberichte der Firmen inklusive II/ 2013
Nur die Werte von YFP wurden im Jahr 2013 mit 123 kb/Tag geschätzt ,
Arco Amoco
Mobil
Exxon
Eni
Total
Jahr
Repsol/YFP
Elf
©Ludwig-Bölkow Systemtechnik GmbH
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Historical data: OECD 2008,, NPD 2012, BP 2012; UK: DTI
0
200
400
600
800
1960 1980 2000
LNG_
Imports from North Africa
Imports from Russia
Norway
other
Denmark
Germany
Italy
Netherlands
UK
WEO-2012 conventional
WEO 2012 incl. Shalegas
Demand (WEO 2012)
Billion m3/yr
Europe: natural gas production
0
5
10
15
20
25
30
35
1990 1995 2000 2005 2010
Grenzübergangspreis
(€/MWh)
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Kohle:
Kohle-Reserven
Kohle Arbeitsproduktivität USA, Südafrika
Kohleförderung in China: Förderung im 1 HJ 2013: – 5% [1790 Mt]
Steigende Kohleimporte in China
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200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1987
1990
1993
1996
1999
2002
2005
2007
2008
2010
Jahr
Mrd
.To
nn
en
Steinkohle Hartbraunkohle Hartkohle Weichbraunkohle
Quelle: WEC 1989, 1992, 1995, 1998, 2001, 2004, 2007, 2009, 2010,DERA 2011
-50%
R/P=410 Jahre R/P=130 Jahre
Entwicklung der weltweiten Kohlereserven
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0
2
4
6
8
10
12
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Short tons/h/miner
Surface mining
Subsurface mining
Bituminous coal
anthracite
Arbeitsproduktivität des Kohlebergbaus in den USA
Source: US-EIA, January 2013
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Source: Chamber of Mines, South Africa, Facts & Figures, 2012
Arbeitsproduktivität des Kohlebergbaus in Südafrika
ludwig bölkow
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20
40
60
80
100
120B
eiji
ng
Tia
njin
He
be
iS
ha
nxi
Inn
er
Mo
ng
olia
Lia
on
ing
Jili
nH
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ng
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ha
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ha
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ng
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Zh
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ng
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hu
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ujia
nJia
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Sh
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do
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He
na
nH
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ei
Hu
na
nG
ua
ng
do
ng
Gu
an
gxi
Ha
ina
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ho
ng
qin
gS
ich
ua
nG
uiz
ho
uY
un
na
nT
ibe
tS
ha
an
xi
Ga
nsu
Qin
gh
ai
Nin
gxia
Xin
jian
g
1000 Mt
End 2006
End 2009
End 2010
End 2011
Abwertung der Kohlereserven in China
Source: China Statistical Yearbooks, 2007, 2010, 2011, 2012
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Kohleförderung in China
Mt
Source: US-EIA: 1980-2006; Article 1950-1980
2007, 2008 BGR 2009, 2009 BP 2013, 2007-2009: VdKI 2013;
2013-Daten aus Jan-Juli hochgerechnet, Fenwei August 2013
anthracite
bituminous
lignite
VdKI/Fenwei
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-100
-50
0
50
100
150
200
250
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
Coal imports
from Coal exports
to
Other
South
Africa
Vietnam
Russia
Mongolei
Indonesia
Australia
EU
Japan
S.
Korea
Taiwan
Other
Mt Coal Imports
Coal Exports
Source: Verband der Kohleimporteure
2013
Kohleexporte und –importe von China
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-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
2001
YearSource: based on Verein der Kohleimporteure 2013
Mrd. Tonnen
China
India
Japan
EU 27
other
Australia
Indonesia
GUS
Colombia South Afrika North America
net exports
net imports
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Nettoexporte und –importe von Kohle
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Ctl-Effizienz
Abgeschätzter Kohleverbrauch von CTL-Anlagen mit unterschiedlichen Konversionsraten
[Quelle: Höök & Aleklett (2009) A review on coal-to-liquids and its coal consumption, International Journal of Energy
Research, 34(10), 848-864]
Jährlicher Kohlebedarf für CTL
1 bbl/t
3 bbl/t
1,5 bbl/t
2 bbl/t
CtL-Kapazität (Mb/Tag) 86 0
Kohle
beda
rf (
Mill
ionen T
onnen)
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Kleiner historischer Streifzug
• Das älteste Gebrauchsmetall Kupfer:
vor 9000 Jahren erster Nachweis (Catal Hüyuk, Osttürkei)
• Bronze (Kupfer mit 10-15% Zinn): härter, erste Werkzeuge
• Messing (Kupfer mit Zink)
• Eisen (seit ca. 1200 v. Chr.) Schmelzen mit „Rennverfahren“:
300 kg Holzkohle + 300 kg Eisenerz = 20-30 kg Eisen
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Die Entwicklung der Kupfernutzung (-5000 bis -3000)
- 6700
- 4500
- 3200
- 2400
- 3800
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Kleiner historischer Streifzug
Griechenland:
Bsp. Laurion (Silberbergwerk)
20.000 Sklaven als Arbeitskräfte; ~ 20 t Silber Jahresproduktion
Ca. 560 BC: Beginn der Silberförderung
413 BC: Sklavenaufstand (Krieg mit Sparta) Währungskrise
~330 BC: Verfall der Silberwährung (Beutesilber aus Asien)
86 BC: Ende des Bergbaus in Laurion
Xenophon (Vorschlag für „Bürgerkraftwerk“)
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Kleiner historischer Streifzug
Rom:
• Bergbau war die Basis des römischen Weltreiches
• Fe, (Ni,) Cu, Zn, Sn, (Sb, As,) Pb, Hg, Au, Ag waren die Grundlage
• Bis ins 18. Jh kamen keine weiteren Metalle hinzu
• Minen in Zypern, Sardinien, Spanien (bis 40.000 Sklaven in einem Bergwerk)
• Tio Tinto; Technik der „ruina montium“
• Enormer Wald- und Wasserbedarf (Umleitung von Flüssen über 100 km)
• Eisen für Waffen
• Blei für Wasserleitungen
• Bronze für Statuen / Gebrauchsgegenstände
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Kleiner historischer Streifzug
Die Basis der Römischen Wirtschaft:
• Eroberungen von Land und Rohstoffen.
• Erschöpfung der spanischen Minen
• Silber+Gold wurden für Luxusgüter nach Asien exportiert
und nicht reimportiert (mangels Exportwaren)
• Basis der Reichs Karls des Großen (in der Frühphase) waren
Silberbergwerke in Deutschland (Rammelsberg und Freiburg)
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Kleiner historischer Streifzug
Mittelalter:
• Kleine Minen, kurze Lebensdauer; Technik: nur wenig tiefer als in Antike
• Die Bedeutung der Städte hing vom Erzreichtum ab
• v.a. Silber für Importwaren aus China
• Raurisertal (Goldberggruppe): Goldabau ab 13. Jh (Teilweise 10% der Weltgoldförderung)
[Basis des Taler und Namensgeber des Dollar]
• Beginnende Eisenverhüttung (Hochofen ab 1380)
• Im 14. Jh Erzabbau in Amberg und Sulzbach, Eisenverarbeitende Industrie in Nürnberg
Kapital aus Nürnberg: Eisen war die Wurzel des Reichtums in Nürnberg
• Bsp. Freiberg, Schwaz, Goslar, Joachimstal, Falun (Schweden)
• Große Umweltschäden (Waldvernichtung; Wasserbedarf; Bergbau hatte Priorität)
Im 16. Jh ist Europa weitgehend „depleted“
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Kleiner historischer Streifzug
Kolonialismus:
Dreieckshandel Textilien und Waffen von Europa nach Afrika
Sklaven von Afrika nach Amerika
Erze und Landwirtschaftliche Produkte
von Amerika nach Europa
Silber zum Kauf chinesischer Luxusgüter
Gold zur Finanzierung europäischer Kriege
Kaufleute werden reich:
Kapitalanhäufung im 18 Jh v.a. in England
bildet wichtige Basis für beginnende Industrialisierung
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Kleiner historischer Streifzug
Beginnende Industrialisierung
Bis 18. Jh keine neuen Metalle oder Technologien
Dampfpumpe als Motor der Innovationen
(Wasserpumpe in Minen, Luftpumpe im Hochofen)
Puddelverfahren, Bessemerverfahren
Dampfmaschine als wichtige techn. Anwendung (Eisenbahn, Schiffe…)
Motoren mit Innerer Verbrennung (Otto, Daimler) bilden Voraussetzung
Für schnelle Landfahr- und Flugzeuge [E-Motor kam zuerst, blieb aber Nische, da
Verbrennungsmotoren + Kraftstoffinfrastruktur besser wurden]
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Kleiner historischer Streifzug
Neue Metalle:
Kobalt 1735 Tellur 1782
Mangan 1770 Molybdän 1782
Chrom 1770
Lithium 1817 Silizium 1824
Magnesium 1820 Aluminium 1850
Niob 1830 PGM ab 1820
Vanadium 1830 (In, Ga, Ge 1863-1886)
Titan 1831
Cer 1803 sonstige Seltenerdmetalle; 1880-1945
Lanthan 1835
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-100.000
-10.000
-1000
2.000
Steine
Feuersteine
Steinzeit
Bronzezeit Kupferzeit Lack (-1000)
Papyrus (-3000)
Glas (-5000)
Zement (-5000)
Keramik (-6000)
Zinn /Bronze (-3500)
Silber (-4000)
Kupferschmelze (-5000)
Kupfer (-7000)
Gold (-20.000)
Eisen (-1400)
Eisenzeit
Stahlzeitalter
Polymere
1000
1800
2000
Papier (105)
Gummi (1550)
Tortoiseshell
(400)
Gutta Perch
(800)
0
1600
Horn (-50)
Nitratzellulose
(1835)
Eisenschmelze
(1500)
Strontium, Titan (1791)
Uran (1789)
Wolfram, Zirkon (1783)
Stahl (1765)
Nickel (1751)
Zink (1746)
Kobalt (1737)
Platin (1735)
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Eisenzeit
Stahlzeitalter
Polymere
1000
1800
2000
Papier (105)
Gummi (1550)
Tortoiseshell
(400)
Gutta Perch
(800)
0
1600
Nitratzellulose
(1835)
Eisenschmelze
(1500)
Strontium, Titan (1791)
Uran (1789)
Wolfram, Zirkon (1783)
Stahl (1765)
Nickel (1751)
Zink (1746)
Kobalt (1737)
Platin (1735)
Stahlzeitalter
Polymerzeitalter
1900
1980
2000
HDPE (1953)
PS (1950)
0
1960
Azetatzellulose
(1872)
Magnesium (1808)
1800
1850
Molekularzeitalter
Nitratzellulose
(1835)
Vulkanisierung
v. Gummi (1844)
Ebonit (1851)
Aluminiumkeramik
(1890)
Bakelit (1909)
PVC (1933)
Neopren (1932)
Bessemerstahl (1856)
Aluminium (1851)
Silizium (1823)
Glasfaser (1880)
Aluminiumproduktion
(1890)
Edelstahl(1912)
1920
1940
Lanthaniden (1828-1943)
EG Silizium (1947)
Superalloys (1947)
GFK (1942)
Aktiniden (1909-1961)
Amorphe Metalle(1957)
Nanomaterialien
(1980-heute)
Hoch-T-Supraleiter (1985)
Carbonfasern (1962)
Memory-Metalle (1961)
Teflon (1943)
PU, PET (1941)
Biopolymer (1990)
PEEK, PES, PPS (1983)
LLDPE (1980)
Polysulfon, PPO (1965)
Polyimid (1962)
Acetal, POM, PC (1958)
PP (1957)
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Eisenzeit
Stahlzeitalter
Polymere
1000
1800
2000
Papier (105)
Gummi (1550)
Tortoiseshell
(400)
Gutta Perch
(800)
0
1600
Nitratzellulose
(1835)
Eisenschmelze
(1500)
Strontium, Titan (1791)
Uran (1789)
Wolfram, Zirkon (1783)
Stahl (1765)
Nickel (1751)
Zink (1746)
Kobalt (1737)
Platin (1735)
Stahlzeitalter
1900
1980
2000
0
1960
Magnesium (1808)
1800
1850
Molekularzeitalter
1920
1940
Nanomaterialien
(1980-heute)
Erneuerbare
Stoffe Nichterneuerbare
Stoffe
Erneuerbare
Stoffe Nichterneuerbare
Stoffe
HDPE (1953)
PS (1950)
Azetatzellulose
(1872)
Nitratzellulose
(1835)
Vulkanisierung
v. Gummi (1844)
Ebonit (1851)
Aluminiumkeramik
(1890)
Bakelit (1909)
PVC (1933)
Neopren (1932)
Teflon (1943)
PU, PET (1941)
Biopolymer (1990)
PEEK, PES, PPS (1983)
LLDPE (1980)
Polysulfon, PPO (1965)
Polyimid (1962)
Acetal, POM, PC (1958)
PP (1957)
Bessemerstahl (1856)
Aluminium (1851)
Silizium (1823)
Polymerzeitalter
Glasfaser (1880)
Aluminiumproduktion
(1890)
Edelstahl(1912)
Lanthaniden (1828-1943)
EG Silizium (1947)
Superalloys (1947)
GFK (1942)
Aktiniden (1909-1961)
Amorphe Metalle(1957)
Hoch-T-Supraleiter (1985)
Carbonfasern (1962)
Memory-Metalle (1961)
ludwig bölkow
systemtechnik
0
50.000.000
100.000.000
150.000.000
200.000.000
250.000.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
phosphate rock
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Tungsten
0
2.000.000
4.000.000
6.000.000
8.000.000
10.000.000
12.000.000
14.000.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Zinc
0
500000000
1E+09
1,5E+09
2E+09
2,5E+09
3E+09
3,5E+09
4E+09
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Cement
Phosphate und Zement
ludwig bölkow
systemtechnik
0
100
200
300
400
500
600
700
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Indium
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
lithium
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Germanium
0
100
200
300
400
500
600
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
PGM
Rohstoffe für neue Materialien
ludwig bölkow
systemtechnik
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Rare Earth Metals
ludwig bölkow
systemtechnik
Anteil der Förderung 1980-2010 bezogen auf Förderung seit 1900 Quelle: Hagelücken und Meeskers, 2010
Kritische Metalle mit stark steigendem Bedarf
Platingruppe
Seltene Erden Indium
ludwig bölkow
systemtechnik
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
D) Energieversorgung
F) Baugewerbe
E) Wasser-, Abwasserversorgung
B) Bergbau
C) Verarbeitendes Gewerbe
Kostenanteil am Bruttoproduktionswert
Energie
Material o. Energie
Personalkosten
0,6%
74,6%
1,6%
4,9%
18,3%
Kostenstruktur im Produzierenden Gewerbe 2009
*)
*)
*) Energiekosten näherungsweise berechnet
Quelle: Stat. Jahrbuch 2011
Anteil des W.-Zweiges
An der Bruttowertschöpfung
ludwig bölkow
systemtechnik
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Anteil am Brutto-produktionswert
(%)
Personalkosten
Energie
Materialkosten ohne Energie
Kostenentwicklung im verarbeitenden Gewerbe 2009
Kostenentwicklung im Verarbeitenden Gewerbe
ludwig bölkow
systemtechnik
0 20 40 60 80 100
C) Verarbeitendes Gewerbe
29) H.v. Kraftwagen/-teile
28) Maschinenbau
10) H.v. Nahrungs- u. Futtermitteln
20) H.v. chem. Erzeugunissen
19) Kokerei u. Mineralölverarbeitung
27) H.v. el. Ausrüstungen
25) H.v. Metallerzeugnissen
24) Metallerzeugung und -bearbeitung
22) H.v. Gummi- und Kunststoffwaren
26) H.v. Datenverarbeitungsgeräten…
21) H.v. pharmazeutischen Erz.
23) H.v. Glas u. Glaswaren
17) H.v. Pappe u. Papier
33) Rep. V. Installationen u.…
30) sonst. Fahrzeugbau
Energie
Material o. Energie
Personalkosten
6,6%
6,1%
4,1%
3,7%
3,0%
2,8%
2,0%
1,8%
1,6%
1,6%
1,7%
4,8%
5,3%
Kostenanteil am Bruttoproduktionswert (%)
Kostenstruktur innerhalb des verarbeitenden Gewerbes 2009
ludwig bölkow
systemtechnik H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg 112 113 114 115 ? ? 118
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Leichtmetalle
Eisen und Stahlveredler
Edelmetalle
Kurzlebige radioaktive Edelmetalle
Halbedelmetalle
Halbleiter
Sonstige Nichteisenmetalle
Seltene Erden (RAO)
Halogene
Edelgase
Halbleiterindustrie 1980er (12 El.)
Einteilung chemischer Elemente und Nutzung in der Halbleiterindustrie
ludwig bölkow
systemtechnik H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg 112 113 114 115 ? ? 118
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Leichtmetalle
Eisen und Stahlveredler
Edelmetalle
Kurzlebige radioaktive Edelmetalle
Halbedelmetalle
Halbleiter
Sonstige Nichteisenmetalle
Seltene Erden (RAO)
Halogene
Edelgase
Halbleiterindustrie 1980er (12 El.)
Halbleiterindustrie 1990er (16 El.)
Einteilung chemischer Elemente und Nutzung in der Halbleiterindustrie
ludwig bölkow
systemtechnik H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg 112 113 114 115 ? ? 118
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Leichtmetalle
Eisen und Stahlveredler
Edelmetalle
Kurzlebige radioaktive Edelmetalle
Halbedelmetalle
Halbleiter
Sonstige Nichteisenmetalle
Seltene Erden (RAO)
Halogene
Edelgase
Halbleiterindustrie 1980er (12 El.)
Halbleiterindustrie 1990er (16 El.)
Halbleiterindustrie 2000er (60 El.)
(Nach Theis 2007 und Reller)
Einteilung chemischer Elemente und Nutzung in der Halbleiterindustrie
ludwig bölkow
systemtechnik
Verwendung der Metalle
Strukturwerkstoffe (mechanisch/physikalische Eigenschaften)
Fe, Cu, Al, …
(Verbundwerkstoffe: Optimierung der Eigenschaften durch Beimischung
von V, Co, Cr)
Funktionsmaterialien (magnetische, elektrische, katalytische, optische Eigenschaften)
Cu, Si, Ge, Ga, As
Dotierung: B, As, Ph,..
Seltene Erden
• Grundmaterialien (Eisen, Aluminium, Kupfer, Si…)
• Verbundmetalle (z.B. Titan-Stahl, Aluminium-Magnesium oder
Ni-basierte Hoch-Temperaturverbindungen)
• „Gewürzmetalle“ (Optische Eigenschaften: Cer, La, Y, In…;
magnetische Eigenschaften: Pr, Dy, Tb, Nd…;
elektrische Eigenschaften: Dotierung, In…;
katalytische Eigenschaften: Pt, Pd, Rh,…;
Härtung: z.B. Ce…)
ludwig bölkow
systemtechnik
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.000
kg
SUV
ICE, normal
ICE, leicht (Carbonfaser)
Materialeinsatz in unterschiedlichen Kfz
Quelle: Ashby 2009
ludwig bölkow
systemtechnik
0
500
1000
1500
2000
2500
SUV ICE, normal ICE, leicht(Carbonfaser)
kg Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-StahlQuelle: Ashby 2009, eigene Erhebung
Materialeinsatz in Kraftfahrzeugen
ludwig bölkow
systemtechnik
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
MJ je kg Energie MJ/kg
n.a.
Datenquelle: Ashby 2009, Hammond&Jones 2008, Wuppertal Institut, 2011
Materialien der Autoindustrie: Graue Energie je kg
Metalle Nichtmetalle
ludwig bölkow
systemtechnik
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
SUV ICE,normal ICE,leicht
MJ
Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Quelle: Ashby 2009, WI 2009, Hammond&Jones 2008, eigene Berechnung
Energieeinsatz zur Produktion von Kraftfahrzeugen
ludwig bölkow
systemtechnik
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
SUV ICE,normal ICE,leicht
MJ Verbrauch
Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Quelle: Ashby 2009, WI 2009, Hammond&Jones 2008, eigene Berechnung
11 l/100 km
7,5 l/100 km
5 l/100 km
Lebensdauer: 10 a
Fahrleistung: 16.000 km/a
Energieeinsatz zur Produktion und während des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen
ludwig bölkow
systemtechnik
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
kg oder MJ je kg
abiotisch kg/kg
Energie MJ/kg
n.a.
Datenquelle: Ashby 2009, Hammond&Jones 2008, Wuppertal Institut, 2011
Materialien der Autoindustrie: Graue Energie und Materialaufwand je kg
Metalle Nichtmetalle
ludwig bölkow
systemtechnik
0
500
1000
1500
2000
2500
SUV ICE, normal ICE, leicht(Carbonfaser)
kg Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Quelle: Ashby 2009, eigene Erhebung
Materialeinsatz in Kraftfahrzeugen
ludwig bölkow
systemtechnik
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
kg kg kg
SUV ICE ICE,carbon
kg Kfz- ökologischer Rucksack (abiotischer Ressourcenverbrauch) Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Ressourcenverbrauch zur Produktion von Kraftfahrzeugen
Eig. Berechnung mit Daten von MIPS-online (2011)
ludwig bölkow
systemtechnik
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
kg kg kg
SUV ICE ICE,carbon
kg Kfz- ökologischer Rucksack (abiotischer Ressourcenverbrauch)
Ölverbrauch
Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Ressourcenverbrauch während Produktion und Nutzung von Kraftfahrzeugen
Eig. Berechnung mit Daten von MIPS-online (2011)
ludwig bölkow
systemtechnik
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
kg oder MJ je kg
abiotisch kg/kg
Wasser kg/kg
Energie MJ/kg
n.a.
Datenquelle: Ashby 2009, Hammond&Jones 2008, Wuppertal Institut, 2011
Materialien der Autoindustrie: Graue Energie und Materialaufwand je kg
Metalle Nichtmetalle
ludwig bölkow
systemtechnik
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
kg kg kg
SUV ICE ICE,carbon
kg Kfz- ökologischer Rucksack
(Wasserverbrauch) Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Wasserverbrauch zur Produktion von Kraftfahrzeugen
Eig. Berechnung mit Daten von MIPS-online (2011)
ludwig bölkow
systemtechnik
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
kg kg kg
SUV ICE ICE,carbon
kg Kfz- ökologischer Rucksack
(Wasserverbrauch) Ölverbrauch
Polycarbonat u.a.
Elektronik
Platin (Kat.)
GFK
Carbonfaser
Gummi
Polyester
PU, PVC
Glas
Mg
Kupfer/Messing
Alu-Gusslegierzbg (35% rec)
Alu-Knetlegierung(10% rec)
Bleche/Eisenguss
Edelstahl
C-Stahl
Wasserverbrauch während Produktion und Nutzung von Kraftfahrzeugen
Eig. Berechnung mit Daten von MIPS-online (2011)
ludwig bölkow
systemtechnik
Verwendung Seltener Erden in der Autoindustrie
Glas + Spiegelpolitur:
Cer
Zusatz in NiMH-Batterie: Cer, Lanthan
Katalysator: Cer, Lanthan, Zirkon
25 kleine E-Motoren:
Nd-Magnete
Hybridantrieb:
Neodymium
Praseodymium
Dysprosium
Terbium Nach Reller (2009)
ludwig bölkow
systemtechnik
Beispiel : Verwendung von Seltenen Erden
Verwendung
Eu: roter Farbstoff
Er: Glasfaser(opt. Verstärker)
Ce: Glaspolituren, Katalysatoren
Nd, Sa, Gd, Dy, Pr: Permanentmagnete Quelle: Seltene Metalle, SATW, 2010
ludwig bölkow
systemtechnik
Reserven, Förderung
Rare Earth Metals
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Quelle: Feasible Futures 2011
ludwig bölkow
systemtechnik
Verwendung von Lithium in den USA (USGS 2010) Verteilung der Weltförderung2009
Lithium
Quelle: Seltene Metalle, SATW, 2010
ludwig bölkow
systemtechnik
Beispiel Lithium
Verteilung der Lithium-Reserven 2009
(USGS 2010)
Verwendung von Lithium:
• Keramik/Glas (31%)
• Batterien (23%)
• Schmierfett (10%)
• Klimatechnik (5%)
• Stranggiessen (4%)
• Aluminiumproduktion (3%)
• Sonstige 24%
Quelle: Seltene Metalle, SATW, 2010
ludwig bölkow
systemtechnik Lithium - BMWA
0
50000
100000
150000
200000
250000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Quelle: Feasible Futures 2011
ludwig bölkow
systemtechnik
Beispiel PGM
Verwendung von Rhodium
Verwendung von Platin: • Katalysator (40%)
• Schmuck (22%)
• Chemie/Petrochemie (10%)
• Investment (7%)
• Elektronik (3%)
• Andere (14%)
Verwendung von Palladium: • Katalysater (47%)
• Elektronik (19%)
• Schmuck (12%)
• Dental (9%)
• Chemie (5%)
• Andere (7%)
Quelle: Seltene Metalle, SATW, 2010
ludwig bölkow
systemtechnik PGM
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Quelle: Feasible Futures 2011
ludwig bölkow
systemtechnik
50
100
150
200
250
300
198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011
To
nn
es
Year
Platinum Production
50
100
150
200
250
198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011
To
nn
es
Year
Palladium production
Russland
Südafrika
Russland
Südafrika
Quelle:
USGS,
Bmwfi 2012
ludwig bölkow
systemtechnik
Nutzung von Metallen heute (Bsp. Kupfer)
Kupfer:
Konventioneller Pkw ~25 kg Oberleitung ~2500 t/km
Lkw ~67 kg
Hybrid-Pkw ~37 kg Eisenbahnnetz (CH): ~ 77 kg/EW
Brennstoffzellen Pkw ~30 kg Telekommunikation (CH): ~ 16 kg/EW
Transformator (500 MW) ~40 t Haus: ~ 200 kg
Generator (500 MW) ~15 t
EFH ~200 kg Schiffe 2-3%wt
Computer 5-7 %wt
Laptop 10-15%wt
Mobiltelefon 9-16 g
Lithium:
Elektrofahrzeug ~30 kg
3kw Permanentmagnet 1,7 kg Cu/0,3 kg Nd-Fe-B
ludwig bölkow
systemtechnik Copper Production UK
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1720 1760 1800 1840 1880 1920
Year
1000 t
ons
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
co
pp
er
co
nte
nt (%
)
Cornwall(copper) Cornwall (ore) UK (copper) Ore content (%)
Kupferförderung in Großbritannien
ludwig bölkow
systemtechnik
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Coal
Oil
Cem
ent
Iron o
reE
rdgas
Bauxite
Phosphate
Sulfur
Al
Pota
sh
Chro
mite
magnesiu
mC
opper
Zin
cm
anganese
Ti-m
inera
lsB
arite
Bora
tes
lead
Asbesto
sN
ickel
Zirkoniu
mm
agnesiu
mB
rom
ine
Str
ontium Tin
Moly
bden
Antim
on
RE
MC
obalt
Nio
biu
mT
ungste
nV
anadiu
mA
rsenic
Heliu
mS
ilver
Cadm
ium
lithiu
mB
ism
uth
Gold
Sele
niu
mm
erc
ury
Tanta
lum
Indiu
mP
alla
diu
mP
latinum
Bery
llium
Germ
aniu
mT
ellu
rium
Galli
um
Rheniu
mR
hodiu
mT
halli
um
Thorium
Cesiu
m
R/P - Ratio
Iron and Ferro-Alloys
Non-Ferrous Metals
Precious Metals
Mineral Fuels
Other
ludwig bölkow
systemtechnik
Zusammenfassung der historischen Entwicklung
Erzvorkommen haben über den Reichtum einer Region entschieden
(Mittelalter, Europa)
Der Erzreichtum einer Region (Kolonie) hat über deren Schicksal entschieden
Europa ist heute weitgehend an Metallen verarmt (Importabhängigkeit >95%)
Unterscheidung von 2 Gruppen von Erzen
a) Gehalt > 1% in der Erdkruste („Elemente der Hoffnung“)
Metalle: Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Fe
Nichtmetalle: H, C, N, O, S, Cl
b) Gehalt << 1% in der Erdkruste alle anderen
ludwig bölkow
systemtechnik
Konsequenzen - Recycling
Recycling wird wichtig aber
• Vollständiges Recycling ist ein Wunschtraum
• Je geringer der spez. Verbrauch (Gewürzmetalle), desto schwieriger
wird ein Recycling
• Heute findet Recycling oft unter schlechten Bedingungen und mit
geringer Ausbeute statt (Indien)
• Selbst ein weitgehendes Recycling kann bei reduzierten Förderraten
keinen Wachstumsmarkt generieren
ludwig bölkow
systemtechnik
Die Europäische Rohstoffinitiative
Ziele:
• Ungehinderter Zugang zu internationalen Rohstoffmärkten (Bsp. REO)
• Zugang zu heimischen Ressourcen erleichtern (Umweltaspekte!)
• Effizienter Einsatz der Rohstoffe (Recycling, Effizienzverbesserung)
Primäre Ziel:
Der Gesamtverbrauch der Wirtschaft soll weiter steigen, um Wirtschaftswachstum
Nicht zu gefährden
Erste Erkenntnisse:
Identifizierung von 14 „kritischen“ Metallen
ludwig bölkow
systemtechnik
Schlussfolgerung
• Heute keine Hochtechnologien mit großem Aufwand entwickeln,
deren Versorgungsbasis in den kommenden Jahrzehnten gefährdet ist
(Bsp. Fusionsforschung?)
• Robuste Entwicklungen stärken
- das sind oft nicht Hochtechnologien
- Bsp. Fahrrad aus Zambia mit weitgehendem Verzicht auf krit. Metalle
• Substitution kritischer Metalle durch „Elemente der Hoffnung“
(Bsp. Indiumoxid als transparenter Leiter durch Monocarbonschicht?)
(Bps. Permanentmagneten mit Dyprosium durch einfachere Materialien
mit schlechterem Wirkungsgrad)
=> Bei Entwicklungen vor allem auf die Randbedingungen in 20 – 30 Jahren achten
=> Schrittweiser aber stetiger Umbau der Abhängigkeiten weg von kritischen Metallen
ludwig bölkow
systemtechnik
Source: http://www.japanfs.org/
Vielen Dank!
Quelle: Verband der Kohleimporteure 2010
ludwig bölkow
systemtechnik
Antimon
0
50000
100000
150000
200000
250000
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
Year
To
nn
es
Arsenic
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1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
Year
To
nn
es
Asbestos
0
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Year
To
nn
es
Bauxite
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
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1200
1400
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Year
To
nn
es
Bismuth
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Boron
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6000000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Bromine
0
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600000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Cadmium
0
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10000
15000
20000
25000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Chromite
0
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10000000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Cobalt
0
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120000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Copper
0
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Gallium
0
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100
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200
250
300
350
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Germanium
0
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150
200
250
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Gold
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2000
2500
3000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Iron Ore
0
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1000000000
1500000000
2000000000
2500000000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Lead
0
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1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
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4500000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Lithium - BMWA
0
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100000
150000
200000
250000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Magnesium-Compunds
0
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10000000
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25000000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Magnesium-Metall
0
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1000000
1200000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Nickel
0
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1000000
1500000
2000000
2500000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Manganese
0
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10000000
15000000
20000000
25000000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Mercury
0
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6000
8000
10000
12000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Molybdenum
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Niob
0
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40000
60000
80000
100000
120000
140000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
PGM
0
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800
1000
1200
1400
1600
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Rare Earth Metals
0
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1000000
1500000
2000000
2500000
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3500000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Silver
0
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10000
15000
20000
25000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Strontium
0
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300000
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500000
600000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Tin
0
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100000
150000
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350000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Tungston
0
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20000
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90000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Vanadium
0
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350000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Zirconium
0
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400000
600000
800000
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1600000
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
Zinc
0
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6000000
8000000
10000000
12000000
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1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Year
To
nn
es
ludwig bölkow
systemtechnik
Kohle kann Öl nicht ersetzen
Der Ressourcenbedarf von Gebäuden (EU 2012 Roadmap) umfasst:
:
• 42% des Endenergieverbrauchs
• 35% der THG-Emissionen
• 50% aller geförderten Werkstoffe
• 30% des Wasserverbrauchs
• 30% der insgesamt erzeugten Abfälle
Verkehr (Renewability)
• 30% des Endenergieverbrauchs
Reg-Technologien: Feasible Futures
Beispiele Tower, Handy … [Hochrechnung]
Peak Sand: Weltförderung 150 Mrd. Tonnen; 1 AKW 1,5 Mrd. Tonnen,
ludwig bölkow
systemtechnik
2434 kg Titan
412 kg Kobalt
1,4 kg Tantal
2360 kg
Nickel 751 kg
Chrom 326 kg
Aluminium
78 kg Kolumbium
Quelle: Die strategischen Rohstoffe 1988
„exotische Metalle in Jet Turbine eines Kampfflugzeuges (1982)
ludwig bölkow
systemtechnik
0
1.000.000
2.000.000
3.000.000
4.000.000
5.000.000
6.000.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Asbestos
0
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6.000
8.000
10.000
12.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
mercury
0
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100
150
200
250
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Tellurium
Rückläufige Produktion
Quelle: USGS 2013
0
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100000
150000
200000
250000
300000
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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Tin
ludwig bölkow
systemtechnik
0
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40.000
50.000
60.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Arsenic
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Beryllium
0
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1000
1500
2000
2500
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Selenium
ludwig bölkow
systemtechnik
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Antimon
0
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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Bismuth
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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Boron
ludwig bölkow
systemtechnik
0
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200000
300000
400000
500000
600000
700000
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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
magnesium metal
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Copper
Nichteisenmetalle
ludwig bölkow
systemtechnik
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
1800000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Zirkonium concentrate
0
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10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Silver
ludwig bölkow
systemtechnik
• Die Entstehung von Erzlagerstätten
• Kurzer geschichtlicher Rückblick des Bergbaus
• Nutzung der Metalle
• „Moderne“ Metalle /Bedarf
• Die Erschöpfung von Erzlagerstätten
• Ausblick
Die Endlichkeit der Erze
ludwig bölkow
systemtechnik
-120000 -70000 -20000 30000 80000 130000 180000
otherGermanyNorw ay
SpainFinlandNamibia
IndiaBrazil
PortugalTurkey
IranBulgariaSw edenMongolia
ArgentinaJapan
YugoslaviaPhilippines
S-AfricaPapua-Mexico
IndonesiaPolandChinaZaire
AustraliaPeru
ZambiaCanada
GUSUSAChile
Kupfer: kum Förderung, Reserven, Reservenbasis
Mio. metric tons Source: USGS 2010, BP 2010
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Ch
ile
Pe
ru
US
A
GU
S
Ch
ina
Ind
on
esi
en
Au
stra
lia
Arg
en
tinie
n
Za
mb
ia
Ca
na
da
Po
len
Pa
pu
a
Me
xico
Bu
lga
rie
n
Bra
zil
Mo
ng
olia
Sü
da
frik
a
Po
rtu
ga
l
Tu
rke
y S
Ind
ien
Za
ire
Mio. tonnes/yr
Annual production
ludwig bölkow
systemtechnik
USA - 10 largest copper mines
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1991 1995 1999 2003 2007
kt
Tyrone, NM
Mission Complex, AZ
Pinto Valley, AZ
Ray, AZ
Sierrita, AZ
Bagdad, AZ
Chino, NM
San Manuel, AZ
Bingham Canon, UT
Morenci, AZ
ludwig bölkow
systemtechnik
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1970 1980 1990 2000 2010
Chuquicamata
Escondida
1000 t
Kupferförderung in Chile
Collahuasi
El Teniente
Source: (1990-2011) Cochilco 2012, (1970-1990) Garcia et al. 2001 Year
Los Pelambres
ludwig bölkow
systemtechnik
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090
Mt Copper Mine Production 1930 - 2100
Historical Data USGS 2010, Scenario: LBST 2010 Year
Cum. Production 2010-2100:
475 Mt
Chile
Peru
USA
Canada
Indonesia
Australia
Zambia
GUS
China
ludwig bölkow
systemtechnik
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090
Mt Copper Mine Production 1930 - 2100
Historical Data USGS 2013, Scenario: LBST 2010 Year
Cum. Production 2010-2100:
475 Mt
Chile
Peru
USA
Canada
Indonesia
Australia
Zambia
GUS
China
ludwig bölkow
systemtechnik
World oil production 1900 – 2012
(Crude oil, condensate, NGL, heavy oil, tarsands)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1900 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10Data source: Austria, Germany, USA, Canada, Netherlands, UK, Norway, Denmark, Saudi Arabia, Brazil, Mexico: national state or state company statistics;
For other countries US-EIA, since 1970
Historical data until 1970 (for some States until 2005): IHS-Energy 2006; Analyses LBST January 2013
Mb/day
Indonesia 77
India 95
Gaboon 97
Argentinia 98
Malaysia 97
Colombia 99
Ecuador 99
Germany 67
Austria 55
Romania 76
Mexico 04
Aserbaijan
Egypt 93
Syria 95
Canada (conv.) 74
Venezuela (conv.+SCO) 98/68
Oman 01 Australia 2000
Danmark, Equ. Guinea 04 Yemen 01
Year
Nigeria, Chad 05 Russia 11
USA (lower 48) 70
UK 99
Alaska 89
Norway 01
Saudi Arabia 05
Kuweit 11 UAE 11
China
Brazil
Angola 08 Iran 08
Kazakhstan Thailand, Sudan, Pakistan
Iraq
Neutral Zone
World oil supply according to US-EIA:
„all liquids“
crude+condensate
Regions pre
Peak production:
Regions at
peak production:
NGL
Heavy oil, SCO, bitumen
(Canada, Venezuela)
Algeria 07
Libya 08
Quatar 11
Gulf of Mexico (USA) 10
Biogen fuel +
„Refinery gains“
Lu
dw
ig-B
ölk
ow
Syste
mte
ch
nik
Gm
bH
Tight Oil (USA)
ludwig bölkow
systemtechnik
World oil production 1900 – 2012
(Crude oil, condensate, NGL, heavy oil, tarsands)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1900 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10Data source: Austria, Germany, USA, Canada, Netherlands, UK, Norway, Denmark, Saudi Arabia, Brazil, Mexico: national state or state company statistics;
For other countries US-EIA, since 1970
Historical data until 1970 (for some States until 2005): IHS-Energy 2006; Analyses LBST January 2013
Mb/day
Indonesia 77
India 95
Gaboon 97
Argentinia 98
Malaysia 97
Colombia 99
Ecuador 99
Germany 67
Austria 55
Romania 76
Mexico 04
Aserbaijan
Egypt 93
Syria 95
Canada (conv.) 74
Venezuela (conv.+SCO) 98/68
Oman 01 Australia 2000
Danmark, Equ. Guinea 04 Yemen 01
Year
Nigeria, Chad 05 Russia 11
USA (lower 48) 70
UK 99
Alaska 89
Norway 01
Saudi Arabia 05
Kuweit 11 UAE 11
China
Brazil
Angola 08 Iran 08
Kazakhstan Thailand, Sudan, Pakistan
Iraq
Neutral Zone
World oil supply according to US-EIA:
„all liquids“
crude+condensate
Regions pre
Peak production:
Regions at
peak production:
NGL
Heavy oil, SCO, bitumen
(Canada, Venezuela)
Algeria 07
Libya 08
Quatar 11
Gulf of Mexico (USA) 10
Biogen fuel +
„Refinery gains“
Lu
dw
ig-B
ölk
ow
Syste
mte
ch
nik
Gm
bH
Tight Oil (USA)
ludwig bölkow
systemtechnik
Historical data: OECD 2008,, NPD 2012, BP 2012; Forecast: LBST 2013 UK: DTI (2012 aus Jan-Jul extrapoliert); WEO 2012
0
200
400
600
800
1960 1980 2000 2020
LNG_
Imports from North Africa
Imports from Russia
Norway
other
Denmark
Germany
Italy
Netherlands
UK
WEO-2012 conventional
WEO 2012 incl. Shalegas
Demand (WEO 2012)
Billion m3/yr
? Shale gas (WEO 2012)
Production
WEO 2012
Demand
WEO 2012
Europe: natural gas production and demand; expected shale gas production
(WEO 2012)