Digitale Ansätze zur Wiederverwendung kritischer Rohstoffe
Forschende des Zukunftslabors Circular Economy erstellen digitale Zwillinge und Produktpässe für Windturbinen und Platinen, um Möglichkeiten für die Wiederverwendung kritischer Rohstoffe zu analysieren. Ziel ist es, die Rohstoffe möglichst lange zu nutzen und so die Kreislaufwirtschaft voranzutreiben.
Kritische Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und seltene Erden sind zentral für moderne Technologien und die Weiterentwicklung der Wirtschaft. Deutschland importiert diese Rohstoffe aus dem Ausland, da es selbst über keine eigenen Vorkommen verfügt. Deshalb ist die deutsche Wirtschaft stark vom Ausland abhängig. Gerade in Zeiten zunehmender globaler politischer Spannungen und Handelskonflikte werden deshalb innovative Ansätze benötigt, um kritische Rohstoffe länger nutzen zu können.
Eine Möglichkeit stellt das Urban Mining dar, ein Teilgebiet der Kreislaufwirtschaft. Beim Urban Mining werden Rohstoffe, die bereits in Produkten, Gebäuden oder Infrastrukturen verbaut sind, nach deren Nutzung extrahiert und zur Weiterverwertung aufbereitet. Dabei stellen sich drei konkrete Fragen: Welche und wie viele Rohstoffe sind im Umlauf? Wann ist deren erste Nutzungsphase vorbei, sodass Prozesse der Rückgewinnung eingeleitet werden können? Welche Methoden eignen sich am besten zur Rückgewinnung der Rohstoffe? Ziel ist es, einen möglichst großen und qualitativ hochwertigen Anteil zurückzugewinnen, um die Rohstoffe möglichst lange nutzen zu können.
Die Forschenden des Zukunftslabors Circular Economy verwenden digitale Lösungen, um sich diesen Fragen zu nähern. Dabei untersuchen sie beispielhaft zwei Produktkategorien unabhängig voneinander: Windturbinen und Platinen. Windturbinen enthalten u. a. Neodym, Nickel und Kupfer. Obwohl in Deutschland zehntausende Windkraftanlagen in Betrieb sind, gibt es bisher keine fest etablierten Recyclingprozesse für die Turbinen. In Platinen sind u. a. Kupfer, Zinn und Kobalt verbaut. Platinen werden für zahlreiche elektronische Geräte verwendet, etwa für Motoren in Pedelecs (Fahrrädern mit elektrischem Motor).
Um die genannten Fragen zu beantworten, werden die Forschenden die Beispielprodukte und ihren Lebenszyklus digital abbilden. Dafür werden sie digitale Zwillinge erstellen, die Aufschluss über die Bestandteile der Produkte und ihre Zusammenhänge geben.
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.
Technische Universität Clausthal, Institute for Software and Systems Engineering
Ergänzend werden die Forschenden digitale Produktpässe sowohl für Windturbinen als auch für Platinen erstellen. Digitale Produktpässe bilden den Zeitverlauf des Produktes digital ab. Sie enthalten Informationen zum gesamten Lebenszyklus – von der Entwicklung über die Produktion bis zur Nutzung, Wiederverwendung und Entsorgung.
Für die Umsetzung der digitalen Zwillinge und Produktpässe sind genaue Informationen erforderlich. Daher recherchieren die Forschenden öffentlich verfügbare Daten über Windturbinen und Platinen aus technischen Datenblättern, führen Gespräche mit Herstellern, Betreibern und Entsorgungsfirmen und ziehen Rückschlüsse über die Menge der im Umlauf befindlichen kritischen Rohstoffe.
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.
Technische Universität Clausthal, Institute for Software and Systems Engineering
In den kommenden Jahren werden die Forschenden zudem untersuchen, welche Strukturen Nutzer*innen motivieren, veraltete oder defekte Produkte zurückzugeben und damit der Kreislaufwirtschaft zuzuführen. Im Fokus werden weiterhin Produkte stehen, die kritische Rohstoffe enthalten. Auch bei dieser Untersuchung werden digitale Systeme eine wichtige Rolle spielen.
