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

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systemtechnik

• 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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systemtechnik

Weltproduktion von Rohstoffen 2009

Tonnen

Fossile Energieträger

Eisen und Eisenveredler

Nichteisenmetalle

Edelmetalle

Sonstige

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systemtechnik

Entstehung der Elemente und Lagerstätten

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systemtechnik

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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systemtechnik

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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systemtechnik

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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Typische Erschließungsmuster

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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

ludwig bölkow

systemtechnik

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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systemtechnik

-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

%

ludwig bölkow

systemtechnik

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

ludwig bölkow

systemtechnik

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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Beispiel Erdgas in Europa

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systemtechnik

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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Beispiel Kohle

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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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systemtechnik

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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systemtechnik

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

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systemtechnik

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

eilo

ng

jian

gS

ha

ng

ha

iJia

ng

su

Zh

ejia

ng

An

hu

iF

ujia

nJia

nxi

Sh

an

do

ng

He

na

nH

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ei

Hu

na

nG

ua

ng

do

ng

Gu

an

gxi

Ha

ina

nC

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

ludwig bölkow

systemtechnik

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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Metalle – ein historischer Streifzug

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systemtechnik

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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systemtechnik

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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systemtechnik

Folgen des römischen Bergbaus in Medulas (Spanien)

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systemtechnik

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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systemtechnik

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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systemtechnik

-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)

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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

Eisenerz und Eisenveredler

ludwig bölkow

systemtechnik

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

Beispiel: Ressourcenverbrauch in der Autoindustrie

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

Quelle: A. Reller

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

Die Nutzung von Kupfer

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

ludwig bölkow

systemtechnik

Source: Xtrata, Annual Report 2009

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

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

1900

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

Year

To

nn

es

Asbestos

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Bauxite

0

50000000

100000000

150000000

200000000

250000000

300000000

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400000000

450000000

500000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

ludwig bölkow

systemtechnik

Beryllium

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Bismuth

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Boron

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Bromine

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

ludwig bölkow

systemtechnik

Cadmium

0

5000

10000

15000

20000

25000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Chromite

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Cobalt

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Copper

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

16000000

18000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

ludwig bölkow

systemtechnik

Gallium

0

50

100

150

200

250

300

350

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Germanium

0

50

100

150

200

250

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Gold

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Iron Ore

0

500000000

1000000000

1500000000

2000000000

2500000000

3000000000

3500000000

4000000000

4500000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

ludwig bölkow

systemtechnik

Lead

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Lithium - BMWA

0

50000

100000

150000

200000

250000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Magnesium-Compunds

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Magnesium-Metall

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

ludwig bölkow

systemtechnik

Nickel

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Manganese

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Mercury

0

2000

4000

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

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

PGM

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Rare Earth Metals

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Silver

0

5000

10000

15000

20000

25000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

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systemtechnik

Strontium

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Tin

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Tungston

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Vanadium

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

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systemtechnik

Zirconium

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Year

To

nn

es

Zinc

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

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

ludwig bölkow

systemtechnik

ludwig bölkow

systemtechnik

ISI-Studie 100%EE in Mengen umrechnen (Metalle, Enegie für Aufbau…)

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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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4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

mercury

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100

150

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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Tellurium

Rückläufige Produktion

Quelle: USGS 2013

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Tin

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systemtechnik

0

10.000

20.000

30.000

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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1500

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2500

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Selenium

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systemtechnik

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

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200.000

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Antimon

0

1000

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7000

8000

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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Bismuth

0

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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

Boron

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systemtechnik

0

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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

magnesium metal

0

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10.000.000

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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Copper

Nichteisenmetalle

ludwig bölkow

systemtechnik

0

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400000

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800000

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1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Zirkonium concentrate

0

5.000

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

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

ludwig bölkow

systemtechnik

ludwig bölkow

systemtechnik

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

Kupferförderung in Falun (Schweden)

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

ludwig bölkow

systemtechnik

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

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systemtechnik

Escondida

Codelco

El Teniente

Chucicamata

ludwig bölkow

systemtechnik

2

4

6

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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)