KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
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THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“
Thomas Hirth, Karlsruher Institut für Technologie
4. Kongress Phosphor – Ein kritischer Rohstoff mit Zukunft, Stuttgart, 24. Oktober 2018
2
Herausforderungen im 21. JahrhundertBevölkerungswachstum, Klima-, Rohstoff- und Energiewandel
Quelle: FAO, IEA, U.S. Geological Survey, Global Carbon Project, Climate News
T. Hirth, R. Busch, J. Iden, in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
Weltbevölkerung
2011 7 Mrd. Menschen
2030 > 8 Mrd. Menschen
Nahrungsmittel- u. Wasserbedarf
2030 + > 40 %
Energiebedarf
2030 + > 50 %
Rohstoffbedarf
2030 + > 100 %
Global CO2 emissions set to rise 2% in
2017 after three-year ‘plateau’
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Herausforderungen im 21. JahrhundertBevölkerungswachstum, Klima-, Rohstoff- und Energiewandel
Quelle: FAO, IEA, U.S. Geological Survey, Global Carbon Project, Climate News
T. Hirth, R. Busch, J. Iden, in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
Weltbevölkerung
2011 7 Mrd. Menschen
2030 > 8 Mrd. Menschen
Nahrungsmittel- u. Wasserbedarf
2030 + > 40 %
Energiebedarf
2030 + > 50 %
Rohstoffbedarf
2030 + > 100 %
Global CO2 emissions set to rise 2% in
2017 after three-year ‘plateau’
Nachhaltige Rohstoffe, Produkte und Prozesse
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Ziele der UN für nachhaltige Entwicklung bis 2030
Quelle: UN, 2015
„Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart
befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse
nicht befriedigen können.“ (Brundtland-Kommission, 1987)
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Herausforderung – Steigender Rohstoffverbrauch
Quelle: Material extraction data from UNEP (forthcoming in 2016b), GDP data from UNSD (2015)
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Herausforderung – Steigende Rohstoffvielfalt
Quelle: Materials critical to the energy industry, UNIA, BP 2014
7
Herausforderung – Rohstoff- und Materialkosten Materialkosten im verarbeitenden Gewerbe
Quelle: Statistisches Bundesamt
8
Herausforderung – Rohstoffbedarf für Zukunfts-
technologien
Quelle: Deutsche Rohstoffagentur, 2016
9
Steigerung der RessourceneffizienzPotentiale und wirtschaftliche Auswirkungen
Quelle: G7-UNEP/IRP-Report „Resource Efficiency: Potential and Economic Implications”
Reduktion der globalen Ressourcen-
entnahme um bis zu 28% bis 2050
With concerted action, there is
significant potential for increasing
resource efficiency, which will have
numerous benefits for the economy
and the environment.
10
Akteursplattform Ressourceneffizienz BW und
Landesstrategie Ressourceneffizienz BW
11
Landesstrategie Ressourceneffizienz BW Ziele
Quelle: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft et al. (2016)
12
Landesstrategie Ressourceneffizienz BW Aktionsfelder
Quelle: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft et al. (2016)
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Phosphor – Bedeutung und Herausforderungen
Die Verfügbarkeit von Phosphor ist für die heutigen und kommenden Genera-
tionen von entscheidender Bedeutung.
Leicht zugängliche und schadstoffarme Vorräte könnten jedoch schon in etwa
50-100 Jahren erschöpft sein.
Die Qualität von Phosphorressourcen nimmt ab, der Aufbereitungsaufwand zu.
Der Bedarf an Phosphor für neue Anwendungen steigt.
Eine Entkopplung von diesen Entwicklungen kann nur durch Ressourcen-
effizienz und Rückgewinnung von Phosphor aus sekundären Quellen gelingen.
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Sekundärrohstoffe nutzen und KreislaufwirtschaftErhöhung des Recyclings kritischer Materialien
Quelle: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft et al. (2016)
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Phosphor-Rückgewinnungsstrategie BW 2012
Ziele der Phosphor-Rückgewinnungsstrategie des Landes Baden-Württemberg
Erhöhung der Ressourceneffizienz im
Phosphatkreislauf – Baustein der
Ressourceneffizienzstrategie
Ökologisch und ökonomisch vertretbare
Phosphorversorgung unter Nutzung von
Sekundärphosphat
Verminderung der Abhängigkeit von
Phosphorimporten
16
THINKTANK Industrielle Ressourcenstrategien
am KIT verortet – 09.01.2018
Beteiligte Unternehmen und Verbände
Der THINKTANK ist zunächst auf eine Laufzeit von vier Jahren angelegt
und wird von Land und Industrie jährlich mit 2 Mio. € gefördert.
Der ThHINKTANK ist am KIT-Zentrum Klima und Umwelt verortet.
Ministerpräsident Kretschmann, Umweltminister Untersteller und Wirtschaftsministerin
Hoffmeister-Kraut haben in der Regierungspressekonferenz am 9. Januar 2018 in
Stuttgart den THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ vorgestellt.
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THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ Eine gemeinsame Initiative von Industrie und Politik
Landesverband der Baden-Württembergischen Industrie LVI
Verband der Chemischen Industrie, Landesverband BW VCI
DAIMLER
BOSCH
AUDI
Carl Zeiss
UMICORE
Badische Stahlwerke Kehl
Scholz Gruppe
iPoint
Schwörer Haus
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Feierliche Eröffnung des THINKTANK
„Industrielle Ressourcenstrategien“ – 20.02.2018
Der THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ wurde von Umweltminister
Untersteller mit Gästen aus der Industrie, Wissenschaft und Politik am
20. Februar am KIT feierlich eröffnet.
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THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ Ziele
Unabhängiger Vordenker und Impulsgeber auf nationaler und
internationaler Ebene zu Ressourceneffizienz, -nutzung und -politik
Aufzeigen von Trends auf wissenschaftlicher Basis für Politik und
Industrie unter Einbeziehung des Strukturwandels und der Entwicklung
neuer Geschäftsmodelle
Unterstützung der Politik und Wirtschaft bei der strategischen
Entscheidungsfindung – langfristig tragfähige Entscheidungen
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Rohstoffe
Gewinnung
Produktion
Herstellungsprozesse
Produkt
Nutzung
Entwicklung der Rohstoffmärkte
Qu
ers
ch
nit
tsth
em
en
THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ Inhaltlicher Aufbau
Strategische ressourcenpolitische Fragen
Disruptive Technologien
Neue Geschäftsmodelle durch Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft
Strukturwandel
Kreislaufwirtschaft
Übergreifende ökonomische Instrumente
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THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ Interdisziplinärer Ansatz
IndustrienRessource
Rohstoff StahlRohstoff Wasser
…Energiewirtschaft
Gummi-/Kautschukindustrie
Bauindustrie
Automobilindustrie
…
Roh
sto
ffgew
inn
ung
Roh
sto
ffve
rarb
eitu
ng
…
Recyclin
g/V
erw
ertu
ng
Rep
ara
tur
Welche Industriebereiche, Technologien, Ressourcen, Lebenszyklusphasen und
Phasen der Wertschöpfung kommen in Baden-Württemberg zum Tragen?
Der THINKTANK betrachtet mehrere Rohstoffe, alle Lebenszyklusphasen und
mehrere Industriebereiche und Branchen integriert und berücksichtigt
Sektorkopplungen.
Lebenszyklusphase/
Wertstoffkette
Rohstoff Seltene Erden
Rohstoff Wolfram
Fokus aktueller Projekte
- Rohstoff
- mehrere Lebenszyklusphasen
- Industrie/Branche
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Fragestellung/Herausforderung
Pilotprojekt „Transparenz von (Roh-)Stoffdaten
durch digitale Technologien“
Die Transparenz hinsichtlich verwendeter Rohstoff- und Material-
eigenschaften ist aus verschiedenen Gründen notwendig.
Gesetzliche Berichtspflichten (REACH, RoHS)
Ökobilanzierung, LCA, CSR
Optimiertes Recycling, Kreislauffähigkeit
Effizienter Daten- und Informationstransfer zwischen verschiedenen Stakeholdern
entlang der Wertschöpfung durch Einsatz digitaler Technologien
Datenbanksysteme, Permissioned-Ledgers, Blockchains, digitale
Zwillinge
Wahrung von Betriebsgeheimnissen
Qualitätsstandards, Effizienz
Definition der Anforderungen an eine entsprechende Plattform in einer Konzeptstudie
Datensicherheit, rechtliche Rahmenbedingungen
Schnittstellen, Datenerhebung, Datenumfang
Nutzungskonzepte, Chancen und Risiken
Konkrete Ausarbeitung für spezifische Branchen und Rohstoffe (z.B. Automobilindustrie, Stahlindustrie)
Zielsetzung
Herangehensweise
Produzent
Konsumenten
Digitale Ebene
Recycling
Rohstoffe
THG THG
Verarbeitung Endfertigung
Dr. Christian Kühne
Transparenz von (Roh-) Stoffdaten durch digitale Technologien und Blockchain
Quelle: “Blockchain-Technologie für die industrielle Produktion und digitale Kreislaufwirtschaft;
THINKTANK Industrielle Ressourcenstrategien, unveröffentlicht
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Fragestellung/Herausforderung
Pilotprojekt „Verfügbarkeit wirtschaftsstrategischer
Rohstoffe“
Neue Technologien und wirtschaftlicher Wandel haben starke
Auswirkungen auf den Rohstoffbedarf.
Elektromobilität (Kobalt, Lithium, Seltene Erden, Kupfer)
Energiewende (Seltene Erden, Indium, Silber, Kupfer)
Leichtbau (Magnesium, höchstfeste Stähle, CFK)
Entwicklung von Simulationstools zum
kontinuierlichen Monitoring aktueller Rohstoffmärkte auf
Nachfrage- und Angebotsseite:
Nachfrageseitig – Effizienzsteigerung, Substitution
Angebotsseitig – Kapazitätsanpassung, Investitionen in Bergbau und Exploration, Recycling
Entwicklung dynamischer Materialflussmodelle mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung zur
Darstellung aktueller Verbrauchsmengen, Verwendungsstrukturen und Verwendungszyklen
Erweiterung der Materialflussmodelle um marktdynamische Anpassungsmechanismen
Durchführung von Szenario-Analysen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern unter
Berücksichtigung verschiedener Diffusionspfade neuer Technologien
Zielsetzung
Herangehensweise
1700 1800 1900 2000
Pb
Zn
Sn Fe Cu
Pb
Zn
Sn Fe Cu
Mn
Co
Pb
Zn
Sn Fe Cu
Mn
Ni
AlMg
Ti
V
Ag
W Au
Mo Cr
Co
Pt
Si
Pb
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25
Fragestellung/Herausforderung
Pilotprojekt „Ökologische und betriebswirtschaft-
liche Bewertung der Kreislaufwirtschaft“
Für die Kreislaufwirtschaft ist eine gesamtheitliche Bewertung
der ökologischen Wirkungen und wirtschaftlichen Effekte neuer
Nutzungskonzepte erforderlich
Entwicklung einer Methodik zur Kombination ökologischer und
ökonomischer Bewertungsansätze
Entwicklung multikriterieller Optimierungssysteme unter Berücksichtigung ökonomischer (z.B.
Kosten, Zeit) und ökologischer (z.B. Emissionen) Aspekte, Trade-off-Analyse
Entwicklung und Bewertung von Re-Use- und Re-Manufacturing Konzepten, Rückgewinnung
von Rohstoffen aus strategischen Baugruppen als Alternative zu „Produktion–Recycling–
Entsorgung“
Nutzung des digitalen Wandels und der damit verbundenen Datengrundlage als Chance zur
ganzheitlichen Betrachtung ökologischer und ökonomischer Ansätze
Entwicklung des methodischen Ansatzes und exemplarische Prüfung an konkreten Beispielen,
später Übertragung in andere Branchen
Zielsetzung
Herangehensweise
Produkt,
Dienstleistung,
Geschäftsmodell
Ökonomische
Bewertung
Ökologische
Bewertung
Emissionen
min
26
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Die beste Art, die Herausforderungen der
Zukunft zu bewältigen, ist, sie aktiv und
gemeinsam mit zu gestalten.
