Die enorme Bedeutung der Materialwissenschaft für den Bergbau und die Metallurgie
Bergbau und Metallurgie spielen für den Fortschritt der Menschheit seit jeher eine zentrale Rolle. Sie treiben technische Neuerungen voran und prägen die Entwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft. Die Aktivitäten, die darunterfallen, reichen von der Förderung wertvoller Bodenschätze aus dem Erdinnern bis hin zu ihrer Aufbereitung als Baumaterialien, Fertigungs- und Energierohstoffe und vieles andere mehr. Schon in der Bronzezeit waren Bergbau und Metallurgie treibende Kräfte des menschlichen Fortschritts. Wechselnde Anforderungen und Umweltbelange sind dagegen charakteristisch für ihr heutiges Erscheinungsbild. Dank moderner Maschinen, Automatisierung bzw. Digitalisierung ist der Industriezweig nicht nur wirtschaftlicher, sondern auch sicherer geworden. Gleichzeitig stellen die Einführung nachhaltiger Abbaupraktiken, ökologische Stabilität und Ressourcenerschöpfung neue Herausforderungen dar. Als internationaler Werkstoffspezialist unterstützt Goodfellow die Bergbau- und Metallurgiebranche mit modernen Materialien sowie fachlicher Beratung.
In den hochindustrialisierten Gesellschaften von heute liefern Metalle essentielle Rohstoffe für die Bauteilfertigung in unzähligen Branchen – von der Luft- und Raumfahrt, über die Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik und Medizin bis hin zur Öl- und Gasförderung und zum Bergbau, um nur einige zu nennen.
Um klimaneutral zu werden, benötigt die Weltwirtschaft mehr Rohstoffe denn je. Cobalt und Lithium, die in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen verwendet werden und überwiegend aus dem Bergbau stammen, sollen die grüne Energiewende vorantreiben.
Im Rohstoffabbau werden Metalle wie Silber, Gold, Eisen, Zinn, Cobalt, Blei, Lithium und Nickel als Erze aus der Erdkruste gewonnen und anschließend in mehreren Schritten weiterverarbeitet.
Neben den Aufgaben, die die Umstellung auf erneuerbare Energien mit sich bringt, hat die Bergbauindustrie mit weiteren Problemen zu kämpfen. Hierzu gehören Lieferkettenunterbrechungen, technische Innovationen, Anlagenausfälle und mehr.
Goodfellow verfügt über mehr als 75 Jahre Erfahrung in der Bereitstellung von Materialien und kann dazu beitragen, solche und andere Herausforderungen zu meistern.
Exponentiell steigende Nachfrage nach Metallen
Das von den Vereinten Nationen geplante Ende der Treibhausgasemissionen bis spätestens 2050 kann nur mit einer weltweiten Umstellung von fossilen auf nachhaltige Energiequellen gelingen. Allerdings haben die meisten grünen Technologien selbst einen hohen Rohstoffbedarf.
Lieferketten und Finanzierungsmodelle reagieren nicht schnell genug auf die neuen wirtschaftlichen Gegebenheiten. Die Bergbauindustrie steht vor dringenden wirtschaftlichen, technischen und politischen Herausforderungen im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach den für die grüne Energiewende benötigten Rohstoffen.
Die Weltbank listet 17 verschiedene Mineralien auf, die nach ihrer Ansicht für den Übergang zu sauberer Energie bedeutsam sind. Die Bergbau- und Metallindustrie muss also nicht nur auf die gestiegene Nachfrage reagieren, sondern auch Lieferkettenengpässe, Preisschwankungen, längere Vorlaufzeiten, geoethische Fragen und andere Klippen umschiffen.
Im Zuge der Dekarbonisierung, wenn die Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen auf Solar-, Strom-, Wind-, Wasser- und geothermische Energie sowie andere erneuerbare Energiequellen umsteigt, werden Metalle eine Schlüsselfunktion einnehmen.
Insbesondere batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) werden den Bedarf an Kupfer, Nickel, Mangan, Lithium und Cobalt in die Höhe treiben. Obwohl BEVs etwa 90 % der Nachfrage nach Energiespeichern ausmachen dürften, werden Speicher auch für Solar-, Wind- und andere Technologien benötigt: Ein wichtiger Rohstoff für derartige Energiespeicher ist Vanadium. Daneben wird in vielen industriellen Prozessen auch Stahl verwendet.
Die Weltbank schätzt, dass bei einem Anstieg der Aluminiumnachfrage um 9 % bis 2030 zusätzlich 103 Millionen Tonnen Aluminium gefördert oder anderweitig gewonnen werden müssen – das ist mehr als die gesamte Weltproduktion von 2019. Für seltenere Metalle wie Lithium und Cobalt wird sogar ein Nachfrageanstieg um 500 % prognostiziert.
In Anbetracht dieser Schwierigkeiten scheint Recycling die naheliegendste Lösung zu sein. Doch selbst bei maximaler Wiederverwertung stehen erhebliche Engpässe bei der Rohstoffversorgung bevor.
Grund zur Panik besteht trotzdem nicht. Berichten zufolge könnte z. B. die Hälfte der in Europa für Li-Ion-Batterien benötigten Metalle durch Cobalt aus vorhandenen Nickelminen gedeckt werden. Darüber hinaus eignet sich die Geologie Europas für einen wirtschaftlichen Bergbau; so ließe sich u. a. Lithium aus Hartgestein und Solen gewinnen. Andernorts könnte die Tiefseeförderung neue Möglichkeiten eröffnen, die Mehrheit des Weltbedarfs an Mangan, Cobalt, Nickel und Kupfer zu befriedigen.
Herausforderungen im Bergbau und in der Metallurgie
Es besteht kein Zweifel, dass der Druck auf den Bergbau und die Metallindustrie wächst, die für die grüne Energiewende nötigten Rohstoffe zu liefern.
In Großbritannien beispielsweise werden für den Wechsel von 31 Millionen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf batterieelektrische Autos fast 208.000 Tonnen Cobalt benötigt – das entspricht dem Doppelten der derzeitigen Jahresproduktion. Um die 1,4 Milliarden Kfz mit Verbrennungsmotor zu ersetzen, die weltweit noch in Betrieb sind, wird sogar die vierzigfache Menge benötigt.
Da der Bergbau und die Metallurgie einen erheblichen Anteil an den jährlichen Treibhausgasemissionen haben – sie machen 4 bis 7 % des weltweiten Ausstoßes aus – müssen sie auch selbst grüner werden.
Rasante technische Entwicklungen im Bergbau- und Metallsektor
Technische Fortschritte und die Digitalisierung treiben den raschen Wandel im Bergbau voran: Drohnen helfen bei der Vermessung aus der Luft, Sensoren erleichtern die Steuerung des Maschinenparks, und neue Schwerlastdämpfer schützen Anlagen sowie Gelände vor Schäden.
Bergbauunternehmen müssen mit diesen Entwicklungen Schritt halten, wenn sie ihre Produktivität maximieren und die geltenden Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltauflagen einhalten wollen. Daneben machen seine langen Vorlaufzeiten (von der Entdeckung bis zur Produktion) den Bergbausektor anfällig für Nachfrageschwankungen.
Lieferkettenstörungen
Das weltweite Bevölkerungswachstum – gekoppelt mit einer zunehmenden Urbanisierung und Industrialisierung – treibt die Nachfrage nach Rohstoffen in die Höhe.
Darüber hinaus liegen viele Rohstoffreserven in politisch instabilen Entwicklungsländern mit unzureichender Infrastruktur. Hinzu kommen Protektionismus und ein wachsender Widerstand gegen die Globalisierung. So werden z. B. 60 % des weltweit geförderten Cobalts als Nebenprodukt des Kupferbergbaus in der Demokratischen Republik Kongo gewonnen, die wegen Kinderarbeit und politischer Unruhen in der Kritik steht. Der Bergbau und die Metallurgie müssen darum für Unterbrechungen in ihren Lieferketten gewappnet sein.
Werkstofftechnische Herausforderungen
Der Metallbergbau ist ausgesprochen werkstoffintensiv – sowohl, was die Menge der benötigten Betriebsstoffe betrifft als auch in Bezug auf Materialien für Bohrausrüstung und andere Anlagen.
Dies liegt u. a. daran, dass viele Abbau- und Verarbeitungsprozesse unter hohen Temperaturen und dem Einsatz von Säuren stattfinden, Bedingungen also, die die Korrosion, Oxidation, Metallermüdung, thermische Verformungsschäden und Verschleiß beschleunigen. Die Entwicklung korrosionsbeständiger Materialien für den Bergbau ist somit ein wichtiges Ziel.
Daneben spielt die Materialwissenschaft eine entscheidende Rolle bei der Behandlung, Sanierung und Entsorgung von Bergbauabfällen.
Der Ausfall wichtiger Verarbeitungsanlagen kann Bergbauunternehmen teuer zu stehen kommen, etwa, wenn hierdurch die Produktion ins Stocken gerät oder erhöhte Wartungskosten entstehen.
Ein Werkstoffspezialist mit umfassendem Metallwissen wie Goodfellow kann Bergbau- und Metallunternehmen bei der Auswahl von Materialien und der Optimierung von Konstruktionskriterien für anspruchsvolle Betriebsanwendungen unterstützen. Dadurch wird das Risiko von Ausfallzeiten erheblich gemindert, während Leistungsniveau und Durchsatz steigen.
Materialexpertise von Goodfellow
Bergbau und Metallurgie sind häufig auf das Fachwissen von Materialwissenschaftlern angewiesen, um die richtigen Werkstoffe für die Produktentwicklung oder Forschung auszuwählen.
Beispiel: Cobalt ist ein ferromagnetisches sowie reaktionsträges, graues Metall, das nur langsam von Säuren angegriffen wird. Es ist als Draht, Kristall, Stab, Folie und in anderen Formen lieferbar. Cobaltlegierungen sind ferner wärme- sowie oxidationsbeständig und weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf.
Goodfellow ist ein kompetenter Ansprechpartner, wenn es um die Auswahl und Prüfung von Materialien für große Investitionsprojekte in der Bergbau- und Metallindustrie geht.
