Nachhaltigkeit und Rohstoffgewinnung– ein Widerspruch?
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Friedrich-W. Wellmer,
Präsident a.D. der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und des
früheren Niedersächsischen Landesamtes für Bodenforschung, heute Teil des Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG)
(Quelle: M.Schulz (2013): Ressourceneffizienz –Auch ein Auswahlkriterium für Abgrabungen?GP- Gesteins-Perspektiven Heft 3/2013)
Nachhaltigkeit und Rohstoffgewinnung– ein Widerspruch?
a) Brundtland- Konzept: Intergenerationen-Fairness
b) Rio-Konferenz 1992: Drei-Säulen-Konzept-IntragenerationenFairness
Intragenerationen – Fairness
Anhaltende positive wirtschaftliche Entwicklung
Sicherung der natürlichen Umwelt
Soziale Sicherheit und Gerechtigkeit,
Versorgungssicherheit
Umweltverträglichkeit
Wirtschaftlichkeit
(Quelle: M.Schulz (2013): Ressourceneffizienz –Auch ein Auswahlkriterium für Abgrabungen?GP- Gesteins-Perspektiven Heft 3/2013)
Intragenerationen – Fairness
Anhaltende positive wirtschaftliche Entwicklung
Sicherung der natürlichen Umwelt
Soziale Sicherheit und Gerechtigkeit,
Intragenerationen – Fairness
Anhaltende positive wirtschaftliche Entwicklung
Sicherung der natürlichen Umwelt
Soziale Sicherheit und Gerechtigkeit,
soziale Akzeptanz
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nachhaltigkeit und Rohstoffgewinnung– ein Widerspruch?
a) Brundtland- Konzept: Intergenerationen-Fairness
b) Rio-Konferenz 1992: Drei-Säulen-Konzept-IntragenerationenFairness
NACHHALTIGE ENTWICKLUNG
Entwicklung, die den Bedarf der heutigen Generation deckt, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern, ihren Bedarf zu decken. (Brundtland, G.H. et al (1987) Our Common Future, Commission on Environment and Development)
Beste Option: erneuerbare Rohstoffe
Zweitbeste Option:
optimaler Einsatz nichterneuerbarer Rohstoffe
1Ef
(Quelle: Krausmann et al. (2009): Growth in global materials use, GDP and population during the 20th century, Ecological Economics Vol. 68, Nr. 10, 2696-2705, Version 1.2 (August 2011), http://www.uni-klu.ac.at/socec/inhalt/3133.htm)
Quelle: Plastics –the Facts 2012—Association of Plastics Manufacturers (http://www.plasticseurope.org/) (http://www.plasticseurope.org/Document/plastics-the-facts-2012.aspx?Page=DOCUMENT&FolID=2)
(Quelle: D. Ameling, Erzmetall, 53(2000), Nr. 10, S. 598)
Verbrauch von Energierohstoffen im Jahr 2012 (x 10³) Erdöl:
4.137.000 t =
4.137.000 toe
Steinkohle: 6.859.500 t =
3.984.500 toe
Braunkohle: 1.101.400 t =
256.900 toe
Erdgas:
3.389.500.000 m³ = 3.078.300 toe
-------------------------------------------------------------------Summe: 11.456.700 toe
NACHHALTIGE ENTWICKLUNG
Entwicklung, die den Bedarf der heutigen Generation deckt, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern, ihren Bedarf zu decken. (Brundtland, G.H. et al (1987) Our Common Future, Commission on Environment and Development)
Beste Option: erneuerbare Rohstoffe
Zweitbeste Option:
optimaler Einsatz nichterneuerbarer Rohstoffe
Malthusianische Katastrophe
Thomas Malthus (1766-1834) 1. Professor für Nationalökonomie „An essay on the principle of population“ (1798):
--- Wachstum der Bevölkerung: --- Wachstumsmöglichkeiten für Anbau von Nahrungsmitteln:
geometrisch linear
Source: D.Lam: Presentation Herrenhausen-Symp. 28.+ 29.11.2012: "Already beyond? 40 years' limits to growth" , Hannover, VWFoundation.
(Quelle: R.Raymond: Out of the Fiery Furnace, Melbourne (Macmillan Australia) 1984, 274 S.)
Mílos
Knossos
Deckung der Bedürfnisse an Rohstoffen
Ressourcen der Erde
Menschliche Kreativität
Funktionen
Das Finden von Lösungen für Funktionen
Schneiden, Sägen, Schaben
Harte Steine
Bronze
Stahl
Laser
Kommunikations Transfer
KupferKabel
GlasfiberKabel
Richtfunkantennen
SatellitenTelephon
Silber/ Photographie
Digitale Kamera
Festhalten von Bildern
Source: Y. Watanabe: Exploration of dysprosium: the most critical element for Japan; Paper EGU Gen Assembly 26.04. 12, Vienna/ Austria
(Quelle: Achzet, B., Reller, A., Zepf, V., Rennie, C.,,Ashfield, M., Simmons, J.: Materials critical to the energy industry. An introduction. Universität Augsburg 2011)
Source: Minerals, Critical Minerals, and the US Economy—National Research Council 2007, 159 pp
Deckung der Bedürfnisse an Rohstoffen
Ressourcen der Erde
Menschliche Kreativität
Funktionen
Das Finden von Lösungen für Funktionen
Schneiden, Sägen, Schaben
Harte Steine
Bronze
Stahl
Laser
Kommunikations Transfer
KupferKabel
GlasfiberKabel
Richtfunkantennen
SatellitenTelephon
Silber/ Photographie
Digitale Kamera
Festhalten von Bildern
Ressourcen der Geosphäre
Menschliche Kreativität
Ressourcen der Technosphäre
Das Finden von Lösungen für Funktionen, d.h. die Deckung unserer Bedürfnisse an Rohstoffen
Regelkreis der Rohstoffversorgung
Exploration
Recycling Menschliche Kreativität
Substitution Sparsamer Materialverbrauch
Preis Neue technologische Lösungen
If Monsieur Eiffel built his tower today… he would need just 25 % of the steel …
8 000 t 000tt 72000
(Source: BGR)
Substitution of high-grade steel by the bulk construction mineral concrete
Entwicklung der Gesamtproduktion (Primär- + Sekundäraluminium) 60
100
40
Anteil Primärproduktion 60 Anteil Sekundärproduktion
30 40 20
20
10
1960: 17 % 2009: 30 % Prognose 2020: 37 %
0 1950
1960
1970
1980
1990
2000
Quelle: International Aluminium Institute
(Deutsche Rohstoff-Agentur DERA/ BGR)
2010
Gsamtproduktion in Mio. t
Anteil an der Gesamtproduktion in %
50
80
Verknappung Preisanstieg
Reaktionen durch Preisanreize
Angebotsseite
Nachfrageseite
• Primäre Rohstoffe (Exploration, Investition in neue Produktion, Erhöhung des Rohstoffausbringens aus der Lagerstätte und in der Aufbereitung/ Metallurgie)
• Sekundäre Rohstoffe
• Sparsamer Materialverbrauch • Substitution • neue Technologien mit anderem Rohstoffprofil
(Verbesserung des Recyclings, Aufbereitung niedrighaltiger Schrotte)
Angebot und Nachfrage wieder im Gleichgewicht
Ressourcen der Geosphäre
Menschliche Kreativität
Ressourcen der Technosphäre
Das Finden von Lösungen für Funktionen, d.h. die Deckung unserer Bedürfnisse an Rohstoffen
Echt verbraucht, Exergy wird aufgebraucht
Nichterneuerbare EnergieRohstoffe
Nichterneuerbare Nur gebraucht, transferiert von der Geosphäre
zur
NichtEnergieMinerale (mit Ausn. K, N, and P)
Höchste Substitutionabilität über Elektrizität für Wärme, Bewegung, Licht, Information (IT)
Substitutionabilität im Prinzip: Mensch benötigt nur inhärente Eigenschaft, um Funktionen zu erfüllen, nicht den Rohstoff an sich
Technosphäre. (Atome verschwinden nicht!)
DüngeMinerale. K, N und P
Keine Substitionabilität, Pflanze braucht K, N and P als solches
(Source: P. Kehrer after an idea of C. Campbell)
Geothermische Elektrizität und Elektrizität/Wärme Kopplung: Potential in Deutschland Ressource
Kristallingest.
Electrizität[EJ]
Wärme [EJ]
Wärme [EJ]
o.W.
m.W.
1100
1600
2800
45
65
120
9
23
50
Störungen
Aquifere
Jährlicher Elektrizitätsbedarf: Jährlicher Wärmebedarf :
2 EJ 5 EJ
Source: Paschen, Oertel, Grünwald (2003): TAB Arbeitsbericht Nr. 84
Echt verbraucht, Exergy wird aufgebraucht
Nichterneuerbare EnergieRohstoffe
Nichterneuerbare Nur gebraucht, transferiert von der Geosphäre
zur
NichtEnergieMinerale (mit Ausn. K, N, and P)
Höchste Substitutionabilität über Elektrizität für Wärme, Bewegung, Licht, Information (IT)
Substitutionabilität im Prinzip: Mensch benötigt nur inhärente Eigenschaft, um Funktionen zu erfüllen, nicht den Rohstoff an sich
Technosphäre. (Atome verschwinden nicht!)
DüngeMinerale. K, N und P
Keine Substitionabilität, Pflanze braucht K, N and P als solches
Source: Déry, P & Anderson, B: Peak phosphorous, Energy Bulletin, 2007 www.energybulletin.net/node/33164, accessed 28.09.2010
Lebenskurve der Rohstoffe
52
Lebenszykluskurve, „Hubbert-Kurve“ Produktion
dmp = depletion midpoint
Plateauphase
Zeit
U.S. Crude Oil Production and Consumption
U.S. Consumption
6 Billions of Barrels
4 U.S. Production: Including Alaska Lower 48
2
Hubbert Production Cycle
0
1900 Source: Kesler, 1994
Year
2000
Deutsche Steinkohlenförderung
(Source: Zittel,W. (Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH): Feasible Futures for the Common Good. Energy Transition Paths in a Period of Increasing Resource Scarcities. Klima+energie fonds, February 2012, Munich, 83 pp.)
Quelle: Bührer, W. (2001): 50 Jahre Düngemittelstatistik in Deutschland. Statistisches Bundesamt, Wirtschaft und Statistik 5/2001, S. 367-371
(From: Ph.D.thesis S. Petzet, Technische Universität Darmstadt 2012)
Phytosphäre/ Pflanzenwelt
Pflanzen
Nahrungskette
Rückführung von P zur Senke Pedosphäre über Dünger/Gülle Phosphat-Überschuss, kann von Pflanzen aufgenommen werden Phosphat- Grundlast Pedosphäre/Boden
Fazit 1. Die wichtigste Ressource ist die menschliche Kreativität, Lösungen zu finden. 2. „Atome gehen nicht verloren“. Wir müssen nicht nur die Geosphäre, sondern auch die Technosphäre als Ressourcenreservoir betrachten. 3. Wir brauchen nicht die Rohstoffe selbst, sondern Lösungen für Funktionen. 4. Für das Konzept „Lösungen für Funktionen“ gibt es drei Ausnahmen, die Rohstoffe, die die Pflanzen benötigen: Stickstoff, Kalium und Phosphor. 5. Die endgültige Lösung für Phosphor kann nur eine Kreislauflösung sein: menschlichen Kreativität
.. 4
Fixed stock concept
Opportunity cost concept
Entwicklung, die den Bedarf der heutigen Generation deckt, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu schmälern, ihren Bedarf zu decken. (Brundtland, G.H. et al (1987) Our Common Future, Commission on Environment and Development)
Quotient Reserven: Verbrauch immer endlich.
Nachhaltige Entwicklung
n atio
en
d hen
ion t i n fi
e
D nda l t d
n Bru
Int
r ag en era tio n
en -F a irn
es s
rec
isc w z t kei g i t ss h
T0
Int
üb
e er G
a ti r e en erg
airn F n on e
e
en
T
ner Ge
Tx
Verbrauch von Rohstoffen
T
Nachhaltige Entwicklung
n che s i w it z
B
D nda l t d run
Int
r ag en era tio n
en -F
air ne ss
e igk t es s h n c r i ere -F a
T0
ef
G ber n en ü o i t n a io ner init
rge e t In
G den
en
tion era
en
T Tx
KONFLIKTPOTENTIAL: Rohstoffabbaustellen (Baggerseen, Steinbrüche)
und Wasserschutzgebiete
GEOZENTRUM HANNOVER
Modified after: Grid Arendal www.grida.no
Antarctic Treaty System (ATS) mandatory in the area south of 60° southern latitude, including ocean seas 2 competing international juridical systems due to overlap of ATS with UNCLOS in the marine realm boundary of the ATS at 60° S latitude
(Quelle: M.Schulz (2013): Ressourceneffizienz –Auch ein Auswahlkriterium für Abgrabungen?GP- Gesteins-Perspektiven Heft 3/2013)
(Quelle: U. Liepold, Siemens AG, Corporate Technology: Vortrag BGR/DERA Rohstoffsymposium 4.11.2013)
1879 Erfindung der KohlenfadenLampe 1883 Glühemission (Edison-Effekt)
Ressourcen der Geosphäre
Menschliche Kreativität
Ressourcen der Technosphäre
Das Finden von Lösungen für Funktionen, d.h. die Deckung unserer Bedürfnisse an Rohstoffen, Erhöhung der Rohstoffeffizienz
Ökonomie
Ökologie
Physische Verfügbarkeit
Kreativität
Lösungen für Funktionen Kreislauflösungen
Soziale Gerechtigkeit Soziale Akzeptanz
