Fachausschuss
Circular Materials

Der Anstieg der Weltbevölkerung gekoppelt mit steigendem Wohlstand und zahlreichen Produktinnovationen führt zur Herstellung und Nutzung von immer mehr Produkten. Zusätzlich wird das End-of-Life von Produkten durch gezieltes Marketing und geplante Obsoleszenz immer früher erreicht. Diese Entwicklungen bedingen einen steigenden Bedarf an Materialressourcen. So wurden beispielsweise im Jahr 1960 weniger als 20 Mrd. Tonnen Materialien genutzt, im Jahr 2015 waren es bereits 84 Mrd. Tonnen und für 2050 werden 184 Mrd. Tonnen prognostiziert [European Commission, Raw Materials Scoreboard 2018]. Dabei sind gerade in Zukunftsprodukten (z.B. für erneuerbare Energien, Robotik, Digitalisierung) immer mehr der versorgungskritischen Technologiemetalle (z.B. Indium, SSE, Gallium, Silber und Lithium) verbaut und der Bedarf an diesen stieg in den letzten Jahren dramatisch an. Die „Lebensgeschichte“ der Materialien hat viele Stationen, beginnt beim Abbau und endet noch viel zu häufig als Abfall auf Deponien – oft sogar „entsorgt“ in der Natur. Gerade die erwähnten Technologiemetalle haben zumeist Recyclingquoten unter 1 % und landen sogar beim Recycling der Hauptbestandteile der Produkte meistens nur als Füllmaterial im Straßenbau.

Nachhaltig für die Zukunft

Angefangen beim Abbau der Materialien bis hin zur Nutzung der Produkte gibt es Materialverluste und ein sehr hoher Energieeintrag ist notwendig, der erheblich zum Klimawandel beiträgt.

Circular Economy strebt dagegen die Kreislaufführung von Materialien an. Dabei können die Materialien innerhalb der ganzen Produkte (Re-Use), innerhalb von Bauteilen der Produkte (Re-Manufacturing) oder separiert (Recycling) im Kreislauf geführt werden. Alle drei genannten Re-Wege beinhalten zahlreiche materialwissenschaftliche Fragestellungen. Zum Re-Use von Produkten gehört es beispielsweise, Alterungsvorgänge (wie z.B. Korrosion, Diffusion und Rissbildung) zu minimieren. Um Bauteile aus Produkten zu erhalten oder um die einzelnen Materialien separieren zu können, ist das Lösen von Materialverbindungen oder -verbunden bis hin zur Separierung von Legierungsbestandteilen notwendig. Um diese Schritte zu vereinfachen, ist ein recyclinggerechter Aufbau von Produkten notwendig. Zur Sortierung der verschiedenen Materialfraktionen vor der eigentlichen Aufbereitung sind dann Methoden zur Erkennung von Materialien essenziell. Schlussendlich ist auch für den letzten Schritt in der geschilderten Recyclingkette – nämlich der Aufbereitung der separierten Materialfraktionen zu Sekundärrohstoffen - ebenfalls materialwissenschaftliches Know-How von wesentlicher Bedeutung für die Effizienz und damit der Wirtschaftlichkeit der Verfahren. Darüber hinaus wird im Rahmen von Circular Economy u.a. die Versorgungskritikalität von Materialien bewertet. In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung von geeigneten Substituenten für sehr knappe Materialressourcen, die in wichtigen Zukunftstechnologien eingesetzt werden, eine weitere wichtige materialwissenschaftliche Herausforderung. Daneben werden wir Materialwissenschaftler*innen für die Kreislaufführung von Materialien neue Kombinationen von Elementen betrachten müssen, z.B. wenn Aluminiumlegierungen aufgrund von schlechter Separation mit geringen Mengen von Elektroschrott vermengt wurden. Zur Beschreibung solcher Zusammensetzungen fehlen oft selbst die grundlegendsten thermodynamischen Daten.

Um diesen vielschichtigen Fragestellungen begegnen zu können, sind neue Aktivitäten in der DGM und die Sammlung der bisherigen Aktivitäten in einem eigenen Fachausschuss sinnvoll. Zurzeit fehlt in Deutschland so ein Gremium. Die oben geschilderten klassischen Themen wie Korrosionsschutz, Prozess- und Materialdesign und Recycling müssen in dem Fachausschuss im Kontext von Reparatur, Einfluss von Verunreinigungen auf Materialeigenschaften oder Wasserstoffeinsatz betrachtet werden. Konkret fehlt aktuell ein DGM-Diskussionsforum für Fragen wie „Welchen Einfluss hat eine Korrosionsschutzschicht auf das Recycling?“ oder „Wie designt man Leichtbaulegierungen mit hoher Toleranz gegenüber Verunreinigungen – und aus welchen Materialströmen stammen die Verunreinigungen?“. Eine weitere Aufgabe so eines Fachausschusses könnte sein, den technisch-naturwissenschaftlich geschulten Teilnehmenden bei der DGM wichtiges Wissen aus den nicht-technischen Bereichen wie BWL, VWL, Recht und Soziologie näherzubringen, die zum Verständnis führen, wo materialwissenschaftliche Innovationen notwendig sind und wie Materialien und Prozesse im Sinne der Nachhaltigkeit bewertet werden können.

Ziele

  • Diskussionsforum für Querschnittsthemen:
    • Assessment (Wirtschaftlichkeit, Kritikalität, Materialflüsse, CO2-Äquivalent)
    • Daten (Materialdaten, Prozessdaten, Produktdaten)
    • Weiterbildung (im FA, in der DGM, als Fortbildung)
    • Policy (Regulierung und Gesetze, Markt)
  • Austausch über aktuelle Projekte in Deutschland
  • Netzwerkbildung von Materialkundlern, die im Bereich Circular Economy arbeiten
  • Sichtbarkeit der DGM im Bereich Circular Economy erzeugen

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