Kritische Rohstoffe sind eine zentrale Voraussetzung für moderne Technologien und industrielle Wertschöpfung. Dazu zählen etwa Lithium, Kobalt und seltene Erden. Da Deutschland über keine eigenen nennenswerten Vorkommen verfügt, ist die Wirtschaft auf Importe angewiesen. Vor dem Hintergrund wachsender geopolitischer Spannungen und Handelskonflikte rückt deshalb die Frage in den Fokus, wie sich diese Stoffe länger im Nutzungskreislauf halten lassen.
Einen möglichen Ansatz bietet das Urban Mining. Dabei werden Rohstoffe, die bereits in Produkten, Gebäuden oder Infrastrukturen verbaut sind, nach ihrer Nutzung zurückgewonnen und weiterverwertet. Im Zentrum stehen dabei drei Fragen: Welche Rohstoffe befinden sich überhaupt im Umlauf? Wann endet ihre erste Nutzungsphase? Und mit welchen Verfahren lassen sie sich möglichst vollständig und in hoher Qualität zurückgewinnen?
Das Zukunftslabor Circular Economy nähert sich diesen Fragen mit digitalen Methoden. Die Forschenden betrachten dafür zwei Produktgruppen getrennt voneinander: Windturbinen und Platinen. In Windturbinen stecken unter anderem Neodym, Nickel und Kupfer. Für Platinen, die etwa in Motoren von Pedelecs eingesetzt werden, sind Kupfer, Zinn und Kobalt relevant. Während in Deutschland zehntausende Windkraftanlagen in Betrieb sind, fehlen bislang fest etablierte Recyclingprozesse für die Turbinen.
Digitale Zwillinge und Produktpässe im Fokus
Um Stoffströme und Nutzungsphasen besser zu verstehen, bilden die Forschenden die Produkte und ihren Lebenszyklus digital ab. Dazu erstellen sie digitale Zwillinge, die Bestandteile, Bauteile und deren Zusammenhänge erfassen. „Digitale Zwillinge sind digitale Abbildungen realweltlicher Objekte. Ziel ist es, die Objekte so detailliert wie möglich zu beschreiben: Welche Rohstoffe sind enthalten? In welchem Zusammenhang stehen einzelne Bauteile? Welche Informationen sind relevant, um Urban Mining zu ermöglichen? Je detaillierter die Beschreibung ist, desto besser können Möglichkeiten zur Rohstoffverwertung ermittelt werden.“
Ergänzend entstehen digitale Produktpässe für Windturbinen und Platinen. Sie bilden den zeitlichen Verlauf eines Produkts ab und enthalten Informationen über den gesamten Lebenszyklus: von der Entwicklung über die Produktion und Nutzung bis hin zu Wiederverwendung und Entsorgung. Damit sollen sich Materialien, Einsatzdauer und Rückgewinnungspotenziale systematischer erfassen lassen.
Die dafür nötigen Informationen tragen die Forschenden aus öffentlich zugänglichen technischen Datenblättern zusammen. Zusätzlich führen sie Gespräche mit Herstellern, Betreibern und Entsorgungsunternehmen, um Rückschlüsse auf die im Umlauf befindlichen Mengen kritischer Rohstoffe zu ziehen. Doch die Datengrundlage ist lückenhaft. „Es gestaltet sich schwierig, die benötigten Daten zu erhalten. Derzeit zeichnet sich eine Landkarte unvollständiger Produktinformationen ab. Sollte sich dieses Informationsdefizit bei weiterer Recherche nicht bessern, wäre auch das eine wichtige Erkenntnis: aufzuzeigen, welche Informationen fehlen, um das Urban Mining sinnvoll vorantreiben zu können.“
Rückgabe alter Produkte als weiterer Hebel
In den kommenden Jahren wollen die Forschenden zudem untersuchen, welche Strukturen Nutzerinnen und Nutzer dazu bewegen, veraltete oder defekte Produkte zurückzugeben und damit wieder in den Kreislauf zu führen. Im Mittelpunkt bleiben Produkte, die kritische Rohstoffe enthalten. Auch dabei sollen digitale Systeme eine wichtige Rolle spielen.
