Weg von Öl und Gas, hin zu Sonne, Wind und Wasser: Das ist die Energiewende. Um die Klimaerwärmung zu stoppen, müssen wir unsere Energieinfrastruktur in den nächsten Jahren auf erneuerbare Energiequellen umstellen. Für den großflächigen Bau von Solarzellen und Windturbinen werden unter anderem Mineralien und Metalle benötigt. Zugleich wird die bestehende fossile Infrastruktur überflüssig. Könnte man also Teile unseres alten Energiesystems recyceln, um daraus das neue zu bauen? Diese Frage haben Forschende der Empa in einer Studie untersucht.
Was steckt in alter Infrastruktur – und wofür kann sie noch dienen?
Im Rahmen des EU-Projekts CircEUlar analysierten die Forschenden die Bestände von 22 unterschiedlichen Materialien, die in den heute bestehenden Kohleminen, Öl- und Gasplattformen, fossilen Kraftwerken sowie großen Pipelines enthalten sind. „Um das Potenzial dieser ‚urbanen Mine‘ zu verstehen, müssen wir zuerst wissen, welche Materialien darin vorkommen“, sagt Empa-Forscher Hauke Schlesier, der die Studie als Erstautor verfasste.
Insbesondere zwei Rohstoffe stachen heraus: Stahl und Kupfer. Beide Materialien sind in der fossilen Infrastruktur in großen Mengen vorhanden und werden dringend für die Energiewende benötigt. „Kupfer kommt in Transformatoren und Kabeln zum Einsatz, während Stahl für strukturelle Elemente verwendet wird“, sagt Schlesier. Laut der Studie könnte das Recycling der fossilen Infrastruktur den gesamten Stahl- und rund ein Drittel des Kupferbedarfs für die Energiewende decken. Beim Herunterfahren der fossilen Infrastruktur stünden diese zusätzlichen Materialströme der Wiederverwertung zur Verfügung. Den Berechnungen der Forschenden zufolge wären die Kapazitäten der weltweiten Recyclinganlagen ausreichend, um Kupfer und Stahl für die Energiewende zurückzugewinnen.
Recycling umweltfreundlicher als Primärgewinnung
Doch ist das Recycling von Stahl und Kupfer aus fossiler Infrastruktur wirklich sinnvoll? Die Forschenden beantworten diese Frage mit „Ja“. Die Recyclingprozesse für beide Metalle sind deutlich umweltfreundlicher als deren primäre Gewinnung. „Die Gewinnung von Stahl produziert Schlacke, Feinstaub und große Mengen an Kohlendioxid, Kupferminen erzeugen giftige Abfälle“, sagt Schlesier. Für das Recycling braucht es hingegen vor allem Strom: Stahl wird in Elektroöfen eingeschmolzen, während Kupfer in einem elektrochemischen Prozess zurückgewonnen werden kann.
Die Umnutzung der bestehenden Stahl- und Kupferbestände ist aus gesamtökonomischer Sicht sehr vorteilhaft. Es lohne sich, so die Forschenden, bereits so früh wie möglich mit dem Recycling zu beginnen, da dies zu den geringsten Folgekosten führe. Denn durch die Primärgewinnung der Rohstoffe entstehen Umwelt- und Gesundheitsschäden, die für die Gesellschaft mit großen Folgekosten (sogenannte externe Kosten) verbunden sind. „Durch das Recycling von Stahl und Kupfer aus der fossilen Infrastruktur könnten wir bis 2050 externalisierte Kosten von vier bis elf Billionen US-Dollar einsparen“, sagt Schlesier. Das Recycling selbst ist dabei nicht teurer als die Primärgewinnung von Stahl und Kupfer und somit durchaus wettbewerbsfähig. „Zusätzlich lassen sich bis zu zwei Milliarden t CO2-Äquivalente vermeiden. Das entspricht etwa 50 Jahren Schweizer Emissionen“, fügt Schlesier hinzu.
Fehlende Anreize als zentrale Herausforderung
Die wesentliche Herausforderung beim Recycling der wertvollen Rohstoffe aus der fossilen Infrastruktur sind die fehlenden Anreize. „Für staatliche fossile Konzerne könnte die Verminderung der gesellschaftlichen Kosten einen Anreiz bieten, die fossile Infrastruktur früher herunterzufahren. Für private Energiekonzerne gilt das eher nicht“, erklärt Schlesier. „Diese haben meist kein wirtschaftliches Interesse daran, externalisierte Kosten zu minimieren.“ Weitere gezielte Anreizsetzung durch den Staat könnte hier Abhilfe schaffen.
Einsatz in Erneuerbaren Energiequellen
Der rezyklierte Stahl und das Kupfer könnten dann weltweit in Solaranlagen, Windturbinen, Stromleitungen oder Elektrolyseuren zur Wasserstoffproduktion verwendet werden. „Interessant ist die Verwendung von recyceltem Stahl anstatt Aluminium in den Befestigungssystemen von Solaranlagen“, so Harald Desing, Empa-Forscher und Co-Autor der Studie. Der CO2-Fußabdruck von Solaranlagen könnte dadurch um etwa ein Drittel gesenkt werden. Die Menge an Stahl in der fossilen Infrastruktur würde ausreichen, um das Zwei- bis Fünffache des Bedarfs bereitzustellen, der zur Erreichung der globalen Klimaziele für Solaranlagen notwendig ist.
Recycelter Stahl und Kupfer könnten auch in Windturbinen verwendet werden. Dies würde den CO2-Fußabdruck von Windenergieanlagen ebenfalls um rund ein Drittel senken. Würde recycelter Stahl ausschließlich für den Bau von Windturbinen verwendet werden, könnte der Gesamtbedarf an Stahl für die Klimaziele bis ins Jahr 2050 gedeckt werden. „Eine Verwendung wäre auch in Stromleitungen und Elektrolyseuren für die Wasserstoffgewinnung denkbar“, so Schlesier. „Wichtig ist: Saubere Energietechnologien müssen die fossile Infrastruktur sukzessive ersetzen, damit der eingebettete Stahl und das Kupfer wiederverwendet werden können.“
