Ressourcenmanagement

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Ressourcenmanagement

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 Sozialem (Gesellschaft, Kultur, Politik) Entscheidungs- und Handlungsgrundlagen zur Bewertung neuer Produkte, Prozesse oder Technologien zu schaffen bzw. 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 (siehe Abbildung 1).

F1Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Lieferkette und deren vielfältige Auswirkungen in Raum und Zeit

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

  • (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 bzw. 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.

Gottlieb, G.; Meißner, S.; Reller, A. (2010): Geisteswissenschaften und Naturwissenschaften. Die vier klassischen Elemente Luft, Wasser, Erde und Feuer in interdisziplinären Seminaren. In: Uvanovic Z. (Hg.): Nur über die Grenzen hinaus! Deutsche Literaturwissenschaft in Kontakt mit „Fremdem“. S. 9-38. University of Osijek. Osijek, 2010.

Meißner, S. (2009): Global production chains and their impacts on freshwater resources - current risks and future challenges. In: Brauwelt Exhibition Journal for Drinktec 2009. Drinktec News 1/2009. S. 5. Hans Carl. Nürnberg, 2009.

Meißner, S.; Reller, A. (2006): Sustainable Management of Alpine Water Potentials.In: Brancelj, A.; Muri, G.; Köck, G. (Hg.): The Alps of the Next Generation. Proceedings of the AlpWeek 2004, 22.-25. September, S. 8. Kranjska Gora, 2006.

  • Der zunehmende Verlust von seltenen Metallen und Funktionsmaterialien durch dissipative Prozesse im Bereich von High-Tech-Anwendungen bedarf einer genaueren Betrachtung angesichts der kritischen Rohstoffversorgungssituationen. Da viele Metalle oftmals nur in äußerst geringen Mengen pro Geräteeinheit (z.B. im Flachbildschirm, Mikroprozessor) zum Einsatz kommen, um dort essentielle Funktionen zu erfüllen, ist das Recycling der sog. „Gewürzmetallen“ 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 möglichen 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 (siehe Abbildung 2).

F2Abbildung 2: Weltweite Verteilung von Lagerstätten und Abbaugebieten

Achzet, B.; Zepf, V.; Meißner, S.; Reller, A. (2010): Strategien für einen verantwortlichen Umgang mit Metallen und deren Ressourcen. In: Chemie Ingenieur Technik 11 (2010), S. 1919-1924.

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, 2010 (online verfügbar: http://www.satw.ch/publikationen/schriften/SelteneMetalle.pdf)


 

 Stoffströme eines Mobiltelefons

F3Abbildung 3: Schematische Darstellung der globalen Produktionskette eines Mobiltelefons

Das Mobiltelefon, das Rückgrat unserer Informationsgesellschaft, 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 z.T. 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 z.T. 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 (siehe Abbildung 3).

Bublies, T.; Matthew, A.; Meißner, S.; Oswald, I.; Reller, A.; Staudinger, T. (2009): The Mobile Phone - Powerful Communicator and Potential Metal Dissipator. In: GAIA, 02/2009. S. 127-135. Oekom-Verlag. München, 2009.

 

Nachhaltige Pharmazie

Nachhaltige Pharmazie beschäftigt sich mit den ökologischen, ökonomischen und sozialen Auswirkungen der Herstellung, Einnahme und Entsorgung von Arzneimitteln. Aus ökologischer Perspektive wird die dissipative Verteilung von z.T. toxischen Wirkstoffen aus Arzneimitteln untersucht, während im Rahmen der sozialen Dimension die gesundheitlichen Aspekte des jeweiligen Lebensstils (z.B. Einnahme von Schmerzmitteln, Krebsmedikamenten) anvisiert werden. Ein weiteres Forschungsinteresse der nachhaltigen Pharmazie stellt die ökonomische Optimierung von Prozessen (z.B. Recycling) oder Stoffströme der Arzneimittel dar.

Untersucht werden Wertschöpfungssysteme von Metallen, die in Arzneimitteln enthalten sind (z.B. Platin, Gold, Silber). Der Fokus der Lehrstuhlforschung liegt bis dato auf Platin, das in Medikamenten bei der Krebstherapie (in den sog. 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 v.a. 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 (siehe Abbildung 4).

F4Abbildung 4: Verteilungs- und Wertschöpfungssystem der Ressource Platin

 

Thorenz A., Reller A. (2011): Risks of platinum resources shown by the example of cytostatics. In: Environmental Sciences Europe. Springer Verlag (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 (2011).