Universität Augsburg

Tagtäglich nutzen wir seltene Metalle, meist ohne uns bewusst zu sein, dass Produkte wie Mobiltelefone, Flachbildschirme oder Digitalkameras immer von diesen Elementen beinhalten. Die globale Nachfragesteigerung an Informations- und Kommunikationstechnologien führt zu kritischen Rohstoffversorgungssituationen, zum Beispiel bei Tantal und Indium: Geologische, geopolitische, technologische, ökonomische, soziale oder ökologische Faktoren können alleine oder in Kombination die kurz-, mittel- oder langfristige Verknappung beeinflussen. In diesem Kontext drängt sich die Frage nach der Verfügbarkeit von seltenen Metallen und deren Bereitstellung auf. Ansätze zu einem nachhaltigeren Umgang mit diesen Elementen sind daher dringend erforderlich.

Einen Beitrag zu diesem kontrovers diskutierten Thema leistet der Lehrstuhl für Ressourcenstrategie an der Universität Augsburg durch seinen Forschungsschwerpunkt, der von Professor Armin Reller seit vielen Jahren konzipiert, in Zusammenarbeit mit dem Wissenschaftszentrum Umwelt (WZU) kontinuierlich entwickelt und mit der Neugründung des Lehrstuhls für Ressourcenstrategie im Januar 2009 institutionell gefestigt wurde.

Forschungsschwerpunkte Ressourcenstrategie

Der Lehrstuhl für Ressourcenstrategie befasst sich insbesondere mit den Themen Ressourcenmanagement, Kritikalitätsforschung und Bildungkonzepten für nachhaltige Entwicklung. Im Bereich Rohstoffmanagement stehen Ressourcenströme und Produktions­ketten (mit den Schwerpunkten mineralische und metallische Rohstoffe, Wasser sowie Energie) im Vordergrund. Des Weiteren befasst sich das Team von Professor Reller mit Fragen der interdisziplinären Umweltforschung, dem Umweltmanagement sowie dem Themenbereich nachhaltige Pharmazie. Im Bereich Umweltbildung geht es vor allem um Vermittlungskonzepte für nachhaltige Entwicklung, Ressourcennutzung und Stoffgeschichten.

Der Lehrstuhl dient als Schnittstelle zwischen dem Institut für Physik, Geographie, Betriebswirtschaftslehre und der Philosophisch-Sozialwissenschaftlichen Fakultät (Lehrstuhl für Pädagogik und dem Lehrstuhl für Politikwissenschaft mit Schwerpunkt Friedens- und Konfliktforschung), dem Institut für Materials Resource Mangement (MRM) sowie dem Wissenschaftszentrum Umwelt (WZU). Er kooperiert mit zahlreichen Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft.

Das Team von Prof. Dr. Armin Reller erarbeitet gemeinsam mit Studierenden der Fächer Geographie und Materialwissenschaften Bestandsaufnahmen und Strategien für einen zukunftsfähigen Umgang mit Ressourcen aller Art, insbesondere Metallen für Zukunftstechnologien. Ziel ist es, anhand der Erkennung und Analyse der raum-zeitlichen Verflechtungen von Ressourcenströmen unter Einbeziehung von Ökologie, Ökonomie und Soziales (Gesellschaft, Kultur, Politik) Entscheidungs- und Handlungsgrundlagen zur Bewertung neuer Produkte, Prozesse oder Technologien zu schaffen beziehungsweise zu gewährleisten.

Zur akribischen Illustration der Stoffgeschichten werden Wertschöpfungsketten analysiert: vom Rohstoffabbau über die Weiterverarbeitung bis hin zum fertigen Produkt unter Berücksichtigung der anschließenden Rückführung oder Verwertung von bereits genutzten Ressourcen. Dabei werden nicht nur die wirtschaftliche und technische Planung entlang von Wertschöpfungsketten sowie die Einsatzbereiche von verschiedensten Rohstoffen und Funktionsmaterialien, sondern auch die Risiken und Abhängigkeiten in Form von nicht „planbaren“ Rückkopplungen innerhalb des Mensch-Umwelt-Systems betrachtet.

Eine Ressource wird dann als kritisch eingestuft, wenn deren Verfügbarkeit von zentraler Bedeutung für die zukünftige Entwicklung unserer Gesellschaft ist und deren Vorkommen entweder begrenzt oder regional stark konzentriert sind und/oder die Explorations-, Produktions-, Konsumptions- und Entsorgungsprozesse signifikante ökonomische, soziale und ökologische Risiken in sich bergen. Je mehr Rohstoffe und Materialien für eine Hochtechnologie benötigt werden, desto höher ist prinzipiell das Risiko der Ressourcenverknappung zu bewerten (insbesondere wenn sich bedeutende Ressourcenvorkommen in politisch schwer zugänglichen Gebieten befinden). Die Kritikalitätsforschung widmet sich der Entwicklung geeigneter Tools zur Beurteilung der Kritikalität von Rohstoffen in Abhängigkeit von akteur-, technologie- und funktionsspezifischen Bedürfnissen.

Beispiele für Ressourcenstrategien

Wasser

(Trink-)Wasser als nicht ersetzbarer Naturstoff und Urquell allen Lebens auf der Erde ist beispielsweise geographisch äußerst ungleichmäßig verteilt und droht global knapp zu werden. Ziel ist es nun, die Wasserverfügbarkeit in Qualität und Quantität in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft zu ermitteln und dadurch nachhaltig ausgerichtete Strategien für ein Wassermanagement zu erarbeiten und praktisch umzusetzen. Um das Bewusstsein einer breiten Öffentlichkeit für die Bedeutung des Wassers und seiner Qualität zu schärfen beziehungsweise zu wecken, wird das interdisziplinär ausgerichtete Fachwissen für die Entwicklung von Lehrmaterial sowie von Konzepten und Systemen einer effizienten Ressourcenpolitik zur Gewinnung von Multiplikatoren und Vermittlungsexperten eingesetzt.

Gewürzmetalle

Der zunehmende Verlust von seltenen Metallen und Funktionsmaterialien durch dissipative Prozesse im Bereich von Hightech-Anwendungen bedarf einer genaueren Betrachtung angesichts der kritischen Rohstoff­versorgungs­situationen. Da viele Metalle oftmals nur in äußerst geringen Mengen pro Geräteeinheit (beispielsweise in Flachbildschirmen oder Mikroprozessoren) zum Einsatz kommen, um dort essentielle Funktionen zu erfüllen, ist das Recycling der sogenannten „Gewürzmetalle“ in vielen Fällen bislang kaum realisierbar.

Vor diesem Hintergrund werden nicht nur die Knappheit vieler strategischer Metalle, sondern, sobald diese als Elektroschrott unsachgemäß „entsorgt“ werden, auch deren bisher weitgehend unbekannte Wirkungsspektren und Risiken im Schnittfeld zwischen Technosphäre und Ökosphäre weiter zunehmen (Beispiele: Eintrag toxischer Substanzen in die Umwelt, Gesundheitsrisiken bei der Entsorgung, insbesondere in Entwicklungsländern). Angesichts dessen sind zukünftig große Anstrengungen hinsichtlich einer effizienteren Rückführung aber auch umfassende Strategien der Effizienzsteigerung notwendig. Eine Möglichkeit stellt die Suche nach geeigneten Substituten sowie Konzepten einer suffizienten und konsistenten Produktentwicklung dar. Stoffkarten liefern hierfür nicht nur Informationen über die Herkunft von essentiellen Ressourcen und deren Weiterverarbeitung, sondern fungieren als Instrumente zur Bestimmung der Kritikalität eines Stoffes unter Berücksichtigung der ökonomischen, ökologischen und soziopolitischen Auswirkungen.

Bleischwitz, R.; Hagelüken, C.; Lang, D.; Meißner, S.; Reller, A.; Wäger, P. (2010): Seltene Metalle - Rohstoffe für Zukunftstechnologien. Schrift der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften Nr. 41 (SATW Schrift Nr. 41), Zürich. (PDF auf externem Server)

Mobiltelefone

Das Mobiltelefon feiert eine beispiellose Erfolgsgeschichte: 1997 wurden weltweit 100 Millionen Mobiltelefone verkauft; 2009 waren es bereits weit über eine Milliarde, Tendenz steigend. Moderne Mobiltelefone beinhalten eine Vielzahl von Funktionsmaterialien und Stoffen. Neben Kunststoffen, Kupfer, Eisen oder Aluminium auch in geringen, aber unverzichtbaren Anteilen seltene Metalle wie Palladium, Tantal oder Indium. Die Nachfrage nach entsprechenden Metallen übersteigt bereits jetzt zum Teil deren jährliche Primärförderung.

Das rasante Wachstum der Mobiltelefonbranche in Verbindung mit der Knappheit bestimmter notwendiger Baumaterialien macht es erforderlich, dem Lebenszyklus von Mobiltelefonen künftig eine neue Bedeutung beizumessen: Werden Handys wie bisher weggeworfen oder verbrannt, verteilen sich die metallischen Bestandteile schließlich in feinsten Konzentrationen auf der Erdoberfläche. Angesichts schwindender Rohstoffvorräte ist diese Entwicklung existenzbedrohend für die Industrie, denn die Metalle gehen so einer erneuten Nutzung unwiederbringlich verloren. Zudem können die feinstverteilten Partikel in der Umwelt bioaktiv werden - mit teils noch unabsehbaren Folgen für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Nachhaltige und weitsichtige Wiederverwendungs- und Recyclingstrategien unter Berücksichtigung der sozio-ökonomischen und ökologischen Folgen des gesamten Lebenszyklus von Mobiltelefonen sind daher für die Zukunft unabdingbar.

Nachhaltige Pharmazie

Untersucht werden Wertschöpfungssysteme von Metallen, die in Arzneimitteln enthalten sind (zum Beispiel Platin, Gold, Silber). Der Fokus der Lehrstuhlforschung liegt bis dato auf Platin, das in Medikamenten bei der Krebstherapie (in den sogenannten Zytostatika) Anwendung findet. Eine vertiefte Analyse eines Wertschöpfungssystems berücksichtigt die Mengenströme im Sinne einer Stoffstromanalyse sowie die Bewertung der Stoffströme anhand ihrer Kritikalität. Die Stoffstromanalyse erstreckt sich dabei von den Quellen (Verteilungssystem) über die Produkte (Produktions- und Konsumtionssystem) bis zur Entsorgung (Dissipation und Rückführung). Zur Abschätzung ökologischer Risiken wird der Wertstoffverlust vor allem mit Blick auf die Dissipation platinhaltiger Partikel in Zytostatika in den Forschungsprozess eingebunden. Als Lösungsansatz zur Reduktion potentieller ökonomischer und ökologischer Risiken werden Modelle von Rückführungsprozessen im Sinne der Umsetzung von Kreislaufwirtschaftssystemen entwickelt.

  • Thorenz A., Reller A. (2011): Risks of platinum resources shown by the example of cytostatics. In: Environmental Sciences Europe. Springer Verlag (im Druck; 2011).
  • Thorenz, A., Büscher C., Grochocka A., Watzke B. (2011): Case Management in der sektorenübergreifenden Versorgung von Frauen mit Brustkrebs: Effektivität und Effizienz eines optimierten Patientenpfades in einer Modellregion für angewandtes Gesundheitsmanagement, BMBF-Schlussbericht (im Druck; 2011).

Bildungskonzepte

Die vom Lehrstuhl erarbeiteten Bestandsaufnahmen zu ausgewählten Rohstoffthemen helfen bei der Entwicklung geeigneter Strategien für einen zukunftsfähigen und verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen unterschiedlichster Art. Zum einen liegt der Fokus auf Konzepten und Systemen für eine effiziente Ressourcenpolitik, zum anderen auf der Vermittlung des interdisziplinär ausgerichteten Fachwissens an die heutige Gesellschaft.

Die Forschungsarbeiten am Lehrstuhl werden in interdisziplinäre (Weiter-) Bildungskonzepte für Multiplikatoren und Entscheidungsträger aus Wirtschaft, Politik und Bildung implementiert und dabei kontinuierlich durch Qualifizierungsarbeiten (Diplomarbeiten, Doktorarbeiten) und Gutachten für Wirtschaft und Politik ergänzt:

(Weiter-)Bildungskonzepte:

  • universitäre Lehre: interdisziplinäres Bachelormodul „Bildung für eine nachhaltige Entwicklung“
  • Lehrerfortbildungskurse: beispielsweise BLK-Projekt „Qualitätssicherung an Schulen“
  • Industrie und Wirtschaft

CO2 - Eine interaktive Ausstellung auf Reisen

Die in Zusammenarbeit mit dem WZU konzipierte CO2-Ausstellung demonstriert, dass das saure, unbrennbare, farb- und geruchlose Gas keinen giftigen Stoff verkörpert, sondern ein Teil des Lebens, der Erde ist.

  • Schmidt, C. (2009): Komplexe Phänomene und ihre Vermittelbarkeit. Eine empirische Untersuchung zu Klimaausstellungen. Klinkhardt. Bad Heilbrunn.

Daten zur Tournee

Die interaktive Austellung „CO2 - Ein Stoff und seine Geschichte“ wird gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, die High Tech Offensive Zukunft Bayern und findet Unterstützung durch die Linde Gas AG, Leica Microsystems und die Sunvention GmbH. Sie präsentiert die Geschichte des Treibhausgases Kohlendioxid sowie des globalen Klimas. Die Wanderaustellung wurde bereits an mehreren Orten gezeigt:

  • Augsburg: Universität und Handwerkskammer (2008)
  • Osnabrück: Museum am Schölerberg (2008/09)
  • Lübeck: Museum für Natur und Umwelt (2009)
  • Bielefeld: Mensch, Natur, Umwelt (2009)
  • Köln: koelnmesse (Entsorga/Enteco 2009)
  • Wilhelmshaven: Nationalparkzentrum Wattenmeerhaus (2009/2010)
  • Heidelberg: Carl-Bosch-Museum (2010)
  • Ulm: Umweltbildungshaus (2010-2011)
  • Schramberg: JUKS³ (2011)
  • Berlin: Umweltbundesamt (2011)
  • Neustadt-Glewe: Burgmuseum (2011)
  • Aargau (CH): naturama (2012-2013)
  • Luzern (CH): Naturmuseum (2013)

Bildergalerie

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