Das zweite Leben der Metalle – Warum Kreislaufwirtschaft mehr braucht als Recycling

Wir leben auf einem begrenzten Planeten – wirtschaften aber so, als seien seine Ressourcen unbegrenzt. Wir gewinnen, verarbeiten und nutzen Rohstoffe und schließlich entsorgen wir sie. Dieses lineare Prinzip hat unseren Wohlstand über Jahrzehnte getragen. Doch zukunftsfähig ist es nicht. Wir müssen umdenken, frei nach dem US-Kultmoderator Fred Rogers: „Wenn man denkt, man sei am Ende von etwas, steht man oft am Anfang von etwas anderem.“

Das gilt besonders für Metalle. Aluminium, Magnesium oder Titan stecken in Flugzeugen und Autos, in Gebäuden, Medizintechnik und vielen weiteren Produkten des Alltags. Gleichzeitig sind Gewinnung und Herstellung energieintensiv und mit Eingriffen in die Umwelt verbunden. In Europa sind wir zudem bei zahlreichen metallischen Rohstoffen und ihrer Verarbeitung von internationalen Lieferketten abhängig. Spätestens die vergangenen Jahre haben gezeigt, dass diese Abhängigkeit nicht nur eine wirtschaftliche Frage, sondern auch ein strategisches Risiko ist. 

Ergo: Wir müssen die Rohstoffe, die wir haben, besser nutzen.

Vom Verbrauch zum Kreislauf

Kreislaufwirtschaft wird häufig mit Recycling gleichgesetzt. Doch Recycling ist eigentlich erst der letzte Schritt einer viel größeren Idee: Ein Produkt sollte möglichst lange genutzt, repariert, wiederverwendet oder in einen neuen Zweck überführt werden. Erst, wenn das nicht mehr möglich ist, sollten seine Materialien so zurückgewonnen werden, dass daraus wieder neue Produkte entstehen.

„Reduce, Reuse and Recycle“ gehören deshalb zusammen. Bereits bei der Entwicklung eines Produkts müssen wir mitdenken, wie es später wieder in seine Bestandteile zerlegt werden kann und die Materialien eine neue Verwendung finden. 

Bei Metallen lohnt sich das besonders. Aluminium lässt sich beispielsweise mit einem Bruchteil – 5 Prozent – der Energie wiederverwerten, die für seine erstmalige Produktion nötig ist. Das bedeutet: Erneut genutztes Aluminium spart nicht nur Primärrohstoffe, sondern auch Energie – und damit CO₂.

Das klingt nach einer einfachen Lösung. Ist es aber nicht.

Ein Metall hat eine Geschichte

Ein Bauteil verändert sich während seines Lebens. Es wird erwärmt und abgekühlt, mechanisch belastet. Feuchtigkeit, Salz oder anderen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Es korrodiert und altert. Beim Recycling kommen oft unterschiedliche Legierungen und Verunreinigungen zusammen.

Das Material, das am Ende seines Lebens zurückkommt, ist deshalb nicht dasselbe Material wie am Anfang.

Genau hier beginnt eine zentrale Aufgabe moderner Materialforschung. Wir müssen nicht nur wissen, welches Material vor uns liegt. Wir müssen verstehen, was es erlebt hat, welche Eigenschaften es heute besitzt und für welche neue Anwendung es geeignet ist.

Am Helmholtz-Zentrum Hereon beschäftigen wir uns intensiv mit diesen Fragen. Wir untersuchen etwa Leichtmetalle wie Magnesium sowie Titan, erforschen Korrosions- und Degradationsprozesse, entwickeln Verfahren, mit denen sich Veränderungen von Materialien während ihrer Nutzung verstehen lassen. Moderne Charakterisierungsmethoden erlauben zunehmend einen tiefen Blick in ihre Strukturen.

Wir arbeiten an der Wiederverwendung von Magnesium für die Mobilität der Zukunft. Magnesium ist das leichteste aller Konstruktionsmetalle – rund dreimal leichter als Stahl. Der immense Vorteil liegt also in der Gewichtseinsparung bei gleichzeitig hoher Festigkeit, was vor allem im Fahrzeug- und Flugzeugbau Energie, also Kraftstoff spart.

Konkrete weitere Beispiele: Unsere Wasserstoffforschenden nutzen metallischen Abfall, um den Energieträger darin effizient zu speichern. Sie benötigen viel weniger Druck und moderatere Temperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Tanks. An unserem Standort in Teltow haben wir eine recycelbare „Tinte“ auf Basis des Holz-Nebenprodukts Lignin für den 3D-Druck entwickelt. Die gedruckten Objekte können durch einfachen Wasserkontakt aufgelöst und anschließend recycelt werden.

Das Ziel ist nicht, jedes Material, um jeden Preis, wieder für denselben Zweck einzusetzen. Entscheidend ist vielmehr, die jeweils sinnvollste nächste Nutzung zu finden.

Der digitale Lebenslauf eines Materials

Hier eröffnet die Digitalisierung neue Möglichkeiten. Stellen wir uns vor, ein Material hätte einen digitalen Lebenslauf, eine Art Reisepass. Genau daran arbeiten wir am Hereon. 

Aus einzelnen Messwerten wird eine Materialgeschichte. Natürlich ahnt an dieser Stelle jeder, dass Rechenleistung ins Spiel kommt. Datenräume könnten die Informationen entlang von Wertschöpfungsketten verfügbar machen. Sensorik und automatisierte Verfahren Materialien identifizieren und sortieren. Künstliche Intelligenz kann große Mengen an Material-, Prozess- und Nutzungsdaten zusammenführen und daraus Vorhersagen über die verbleibenden Eigenschaften ableiten.

Die Frage wäre dann nicht mehr nur: Können wir dieses Metall recyceln? Sondern: Was ist die beste nächste Verwendung für dieses Material? Das ist ein großer Unterschied: Denn eine funktionierende Kreislaufwirtschaft braucht nicht nur Stoffströme. Sie braucht Wissen über sie.

Aus Abhängigkeit kann Kompetenz werden

Damit bekommt Kreislaufwirtschaft eine weitere Dimension. Europa mag vielleicht wenig Bodenschätze haben, verfügt dafür aber über eine industrielle Infrastruktur, umfangreiche Materialbestände und enorme wissenschaftliche und technologische Kompetenz.

Unsere Städte, Fahrzeuge, Maschinen und Infrastrukturen sind damit auch Rohstofflager. Die Frage ist, ob wir in der Lage sind, die darin enthaltenen Materialien hochwertig zurückzugewinnen und neu einzusetzen.

Mehr als Recycling

Eine zirkuläre Wirtschaft ist anspruchsvoller als unser bisheriges lineares Modell. Produkte müssen anders gestaltet, Materialströme dokumentiert, Daten über Unternehmensgrenzen hinweg verfügbar gemacht und Sekundärmaterialien zuverlässig charakterisiert werden. Dafür brauchen wir neue Technologien, Standards und Geschäftsmodelle – wir müssen Wertschöpfungsketten neu denken und technologische Souveränität ausbilden.

Der Aufwand lohnt! Denn auf einem begrenzten Planeten bringt sich ein Wirtschaftssystem, das dauerhaft auf immer neue Primärressourcen angewiesen ist, selbst ins Hintertreffen. Zudem bildet es die Kosten der Rohstoffgewinnung für Klima, Umwelt und Menschen nicht ab.

Metalle haben einen entscheidenden Vorteil: Wir können ihnen ein zweites Leben einhauchen. Und ein drittes und noch viele mehr. Vielleicht sollten wir deshalb künftig weniger von Abfall und mehr von der nächsten Nutzung eines Materials sprechen – und zwar vom Flaschendeckel bis zum Flugzeugrumpf. Materialforschung, Digitalisierung und Künstliche Intelligenz können genau das ermöglichen.

Ein möglichst langes Leben und ein neuer Anfang. Wer wünscht sich das nicht?