- ERZGEWINNUNG IM TAGBAU
- ERZAUFBEREITUNG/HERSTELLUNG VON REINEM ALUMINIUMOXID
- ALUMINIUMPRODUKTION AUS ALUMINIUMOXID
- RESSOURCENNUTZUNG/LEBENSZYKLUSANALYSE
ERZGEWINNUNG IM TAGBAU
Aluminium ist ein Leichtmetall und wird wie alle Gebrauchsmetalle aus Erzen gewonnen. Aluminium ist das häufigste Metall der Erdkruste und ist daher in fast unerschöpflichem Ausmaß vorhanden. Das Aluminiumerz nennt sich Bauxit und wird weitgehend im Tagbau abgebaut. Dazu wird zunächst der Oberboden abgetragen und zwischengelagert. Der Bauxit befindet sich darunter in bis über zehn Meter mächtigen Schichten oder Taschen.(1)
Rekultivierung nach Abbau
Nach Abbau des Aluminiumerzes wird der Oberboden wieder aufgebracht und agrarisch, forstlich oder mit der natürlichen Vegetation rekultiviert. Die Rekultivierung erfolgt dabei meist 1-1,5 Jahre nach Beginn des Abbaus. Die abgebauten Bauxitgruben werden in der Regel mit dem ursprünglich abgegrabenen Erdreich wieder zugeschüttet und aufgeforstet. Es gibt aber diesbezüglich oft gestellte ökologische Fragen hinsichtlich des Abbaus in Regenwaldgebieten.
Etwa 18 % des weltweit geförderten Bauxits wird in Regenwaldgebieten gewonnen. Dafür wird jährlich eine Fläche von ca. 2,4 Quadratkilometern genutzt.(2) Dies entspricht etwa 0,0001 Promille der gesamten Regenwaldfläche. Zum Vergleich: Der jährliche Regenwaldverlust durch Brandrodung und Abholzung wird von der FAO (Food and Agricultural Organisation der UN) mit etwa 170.000 km² - etwa 1 % der Regenwaldfläche - angegeben.(4)
In den Abbaugebieten wird überwiegend eine Form der Rekultivierung angestrebt, die dem ursprünglichen Ökosystem möglichst nahekommt. Selbst wenn eine Rekultivierung in land- bzw. forstwirtschaftliche Nutzflächen erfolgt, kann auch dies indirekt zum Erhalt von Regenwald beitragen. In Australien wurde beispielsweise 1990 der ALCOA (Aluminium Company of America) der Umweltschutzpreis der Vereinten Nationen "Global 500" für vorbildliche Rekultivierung der Bauxitminen verliehen. Dieses in westlichen Ländern erarbeitete "Know-how" wird auch in Entwicklungsländern angewendet.
Soziale Verantwortung
Die Hauptabbauländer für Bauxit sind Australien, Guinea, Jamaika, Brasilien, Indien und Venezuela.(5) In diesen Ländern sind die Rekultivierungen gut belegt. In Guinea, Jamaika und Brasilien werden Ökologie-Programme mit umfangreichen agrarischen und forstlichen Aufzuchtprogrammen durchgeführt.(6) Die damit verbundenen Infrastrukturmaßnahmen helfen zahlreichen Kleinbauern und dienen damit der Nahrungsproduktion für die gesamte Umgebung.
Insbesondere in den Entwicklungsländern bringen die Bauxit-Industrien Beschäftigung für die Bevölkerung, zumeist verbunden mit Schulungs- und Ausbildungsprogrammen. Der Bauxit und das gereinigte Aluminiumoxid stellen oft die wichtigsten Exportprodukte dar, z. B. in Jamaika mit 49 % Anteil am Devisenaufkommen.(7)
ERZAUFBEREITUNG/HERSTELLUNG VON REINEM ALUMINIUMOXID
Für die Gewinnung von Metallen aus Erzen sind üblicherweise mindestens drei Prozesse erforderlich:
- Die Aufbereitung, bei der die gewünschte Komponente aus dem ursprünglichen Erz angereichert oder gereinigt wird.
- Die Reduktion, bei welcher das Metall aus dem Erz gewonnen wird.
- Die Raffination, bei der das Metall gereinigt wird.
Bei der Aluminiumgewinnung wird auch eine Aufbereitung des Erzes benötigt. Durch die Reduktion mit elektrischem Strom wird das Metall jedoch bereits in entsprechend hoher Reinheit (99,5 - 99,8 %) erhalten; damit ist eine weitere Raffination für den technischen Einsatz im Bau- und Verkehrswesen in der Regel nicht erforderlich.(8)
Erzaufbereitung erfolgt im Förderland
Aufbereitung und Elektrolyse sind chemische Vorgänge. In diesem Zusammenhang ergeben sich immer wieder Fragen hinsichtlich der ökologischen Veträglichkeit der Schadstoffemissionen. Die Aufbereitung des Erzes erfolgt heute häufig im Förderland, weil dadurch eine etwa 50 % Gewichtsreduktion des zu transportierenden Materials erzielt wird. Das abgegrabene Erz - Bauxit - enthält Aluminiumoxid, das eigentliche Material für die Aluminiumgewinnung, in Verbindung mit Eisenoxid, Titanoxid und Kieselsäure. Bei der Aufbereitung nach dem Bayer-Verfahren wird das Aluminiumoxid aus den anderen Mineralien mit Natronlauge herausgelöst. Dieses Verfahren wurde vom Österreicher K. J. Bayer entwickelt und 1892 patentiert. Aus der Lösung wird das reine Aluminiumoxid, der Rohstoff für die Elektrolyse, gewonnen. Die Reststoffe - im Wesentlichen ziegelrotes Eisenoxid, Titanoxid und Silikate - sind an sich harmlose Mineralien, enthalten aber noch Reste der Natronlauge. Früher wurde dieser "Rotschlamm" unbedacht in Flüsse oder ins Meer eingeleitet.
Heute wird Rotschlamm in abgedichteten Deponien zum Absetzen aufgefangen und die restliche Natronlauge wird rückgewonnen. Die Rotschlammdeponien werden nach Befüllung mit Sand und Erde abgedeckt und rekultiviert - wie die Bauxitgruben. Diese Technik entspricht ökologischen Gesichtspunkten; sie würde auch in Österreich allen Anforderungen der Abfalllagerung entsprechen.
Wiederverwertung von Rotschlamm
Die Mineralien des Rotschlamms können auch wiederverwertet werden, und zwar als Füllmaterialien für Baustoffe, für den Straßenbau, als Pigmente oder Füllstoffe bestimmter Kunststoffmaterialien sowie zur Gewinnung von Eisen. Diese Verwendungen beschränken sich derzeit zwar auf nicht bedeutende Mengen, sie sollen aber das Potenzial der Anwendungen aufzeigen.
ALUMINIUMPRODUKTION AUS ALUMINIUMOXID
Das sehr reine Hüttenaluminium wird in Elektrolyseanlagen aus einer Schmelze von Aluminiumoxid und Kryolith großtechnisch gewonnen. Kryolith ist ein fluorhaltiges Mineral und für die ökologisch bedeutendsten Emissionen beim Elektrolyseprozess - staub- und gasförmigen Fluoriden - verantwortlich. Fluoride sind für die Vegetation bereits in geringen Mengen sehr schädlich. In modernen Anlagen werden die Fluorverbindungen aufgrund gekapselter Elektrolysezellen und spezieller Gasreinigung zu über 99 % aus den Abgasen entfernt, damit keine schädlichen Auswirkungen auf die Vegetation möglich sind.(9)
Emissionen weitgehend eingeschränkt
Auch die für die Elektrolyse verwendeten Elektroden haben bei Herstellung und Verwendung zahlreiche Schadstoffe, wie Staub, organische Verbindungen, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid und Kohlenstoffmonoxid, abgegeben. Diese Emissionen wurden durch Computersteuerung der Elektrodenführung ("Point Feeder - Technologie") deutlich verringert.(10)
Ein relativ neuer Diskussionspunkt war die Emission von fluorhaltigen organischen Verbindungen - Perfluorkohlenstoffverbindungen, die für den Menschen unschädlich, in der Atmosphäre jedoch als Treibhausgas wirksam werden können. In einer Antwort der Deutschen Bundesregierung auf eine Anfrage der Grünen vom 28.1.1997 wurde festgestellt, dass der atmosphärische Gehalt des wichtigsten Perfluorkohlenstoffs (CF4) zu etwa 50 % natürlicher Herkunft ist. Zum anthropogenen Treibhauseffekt tragen diese Gase zu 0,2 % bei und sind gegenüber den Anteilen der "klassischen Treibhausgase" wie CO2 und Methan praktisch vernachlässigbar.(11)
Moderne Technologien - Hohe Umweltstandards
Aufgrund des relativ hohen Anteils der BRD an der Aluminium-Weltproduktion und der hohen Umweltstandards sind zahlreiche Maßnahmen für den Emissionsschutz bei der Aluminiumindustrie vorgeschrieben (z. B. in der "Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft" und der 5. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung).(12) Diese Maßnahmen sind heute in der westlichen Welt üblich. Die Aluminiumproduktion erfolgt überwiegend in OECD-Staaten; die zehn führenden Nationen sind USA, Russland, Kanada, Australien, China, Brasilien, Norwegen, Venezuela, BRD und Indien. Weitere bedeutende Produzentenländer in Europa sind Frankreich, Spanien, Großbritannien, die Niederlande, Griechenland und Italien. Neue Anlagen werden heute weltweit mit den modernsten Technologien errichtet und entsprechen damit hohen Umweltstandards.
RESSOURCENNUTZUNG/LEBENSZYKLUSANALYSE
Unter Ressourcen versteht man in der Technik Bodenschätze und Energievorräte. Das Aluminiumerz Bauxit kommt in der Erdkruste sehr häufig vor und die derzeit bekannten Lagerstätten enthalten Vorräte für über 1000 Jahre.(13) Andere aluminiumhaltige Erden sind darüber hinaus in unermesslichen Mengen vorhanden, da Aluminium, Silizium, Magnesium und Sauerstoff die Hauptelemente der 16 km mächtigen Erdkruste sind. Bei der Frage hinsichtlich der Ressourcen ist daher nicht das Aluminiumerz gemeint.
Metallgewinnung benötigt Energie
In der ökologischen Diskussion rund um die Nutzung von Aluminium wird häufig die hohe Energiemenge, die zur Elektrolyse benötigt wird, angesprochen. Zur Gewinnung aus dem Muttergestein müssen jedoch für alle Metalle bestimmte Energiemengen eingesetzt werden. Da Aluminium im Gegensatz etwa zu Eisen im Gestein wesentlich fester gebunden ist, wird zu seiner Freisetzung aus dem Gestein mehr Energie benötigt. Damit verbunden sind aber die Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit, die bei Eisen ohne Zusätze nicht gegeben ist, und des geringeren Gewichtes.
Viele Metalle können mit Kohle gewonnen werden - dazu gehören Eisen, Nickel, Zink und Blei. Für die Gewinnung von Aluminium, Magnesium und Natrium ist die Schmelzflusselektrolyse das wirtschaftlichste Verfahren. Für die Gewinnung mancher anderer Metalle hingegen - wie Chrom, Mangan und Vanadium - wird sogar Aluminium als Reduktionsmittel verwendet, das natürlich zuerst produziert werden muss.(14) Große Mengen an Aluminiumgranulat werden auch bei der Stahlproduktion als Zusatzstoff verwendet.(15)
Erneuerbare Energie für Aluminiumgewinnung
Der Energieverbrauch stellt einen wichtigen Kostenfaktor in der Aluminiumgewinnung dar. Daher werden Anlagen überwiegend an Orten errichtet, wo erneuerbare Energien vorhanden sind. Weltweit wird über 60 % der Aluminiumelektrolyse mit elektrischer Energie aus emissionsfreier Wasserkraft - die regenerativ, also immer wieder zur Verfügung steht - durchgeführt.(16)
40 % weniger Strom für Elektrolyse
Da Strom ein wichtiger Kostenfaktor ist, haben auch betriebliche Reduktionsmaßnahmen in hohem Maße stattgefunden. So wurde der Strombedarf für die Aluminiumelektrolyse seit 1950 an die 40 % gesenkt (von 21 kWh auf heute 13 kWh).(17) Eine der in ökologischer Sicht wichtigsten Eigenschaften des Aluminiums ist jedoch die oftmalige Wiederverwendbarkeit - damit wird Aluminium zu einem nachhaltigen Werkstoff.
Einsatz von Aluminium kann Strom sparen
Bei Lebenszyklusanalysen werden die verschiedenen Phasen im Lebenszyklus eines Produktes im Hinblick auf ökologisch relevante Vorgänge oder Einflüsse untersucht. Zuwenig Berücksichtigung bei derartigen Untersuchungen - da in Zahlen nicht quantifizierbar - finden dabei häufig ästhetische und technische Fragen wie gestalterische Möglichkeiten, Funktionslösungen und problemlose Handhabbarkeit.
Ein Beispiel dazu findet sich in der Debatte um das Drei-Liter-Auto. Einerseits wird in der Ökodebatte um Aluminium im Kraftfahrzeugbau die Anwendung des energieaufwendigen Aluminiums kritisiert, andererseits ist seitens von AUDI, dem führenden Hersteller von Aluminiumkarosserien, der Nachweis erbracht worden, dass die gegenüber Stahlkarosserien erhöhten Energieaufwendungen für Aluminium aufgrund des geringeren Fahrzeuggewichtes bereits nach 60.000 km kompensiert werden. Das heißt, dass nach 60.000 km jeder ersparte Liter Treibstoff positiv in die Emissionsbilanz der Treibhausgase eingeht.(18) Auch bei der Wiener U-Bahn wurde für Drehgestelle und Wagenaufbauten Aluminium verwendet - zur Energieeinsparung bei den sich ständig wiederholenden Beschleunigungsvorgängen.
Ein Beispiel der Energieeinsparung im Bauwesen stellen heute hochwärmedämmende Aluminium-Glas-Fassaden dar, die vermehrt aktive und passive Solarelemente beinhalten.
Damit soll gezeigt werden, dass der Einsatz von Aluminium sehr häufig Energie sparen kann. Noch eine Anmerkung zum Energieverbrauch: Die BRD steht mit der Aluminiumproduktion weltweit an neunter Stelle. Der Energiebedarf für die Aluminiumproduktion durch Elektrolyse in der BRD liegt aber lediglich bei 0,6 % des Gesamtenergiebedarfs der BRD.(19)
ZITATE
(1) Weber R., op. cit., S. 58.
(2 )Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und Staatliche Geologische Dienste (BRD): Geologisches Jahrbuch (Sonderhefte) - Stoffmengenflüsse und Energiebedarf bei der Gewinnung ausgewählter mineralischer Rohstoffe - Teilstudie Aluminium, 1998; Seite 8
(3) Torsten Ameldung, Markus Diehl: Deforestation of Tropical Rain Forests - Economic Causes and Impact Development; Kieler Studien (J.C.B. Mohr (Paul Siebeck) Tübingen
(4) Brown L.R., Flavin Ch. und Kane H., Lebenszeichen, S. 153.
(5) Kammer C., op. cit., S. 7.
(6) Wirtz A. H. und Schäfer J. H., Bauxitabbau und Aluminiumproduktion auf Jamaika, S. 14 f.
(7) Wirtz A. H. und Schäfer J. H., op. cit., S. 14 f.
(8) Römpp Chemie Lexikon-CD Version 1.0, Schlagwort "Aluminium".
(9) Weber R., op. cit., S. 87.
(10) Kammer C., op. cit., S. 26.
(11) Deutscher Bundestag, Antwort, S. 12.
(12) Dreyhaupt F.J., Handbuch für Immissionsschutzbeauftragte, S. 123 ff.
(13) Kammer C., op. cit., S. 15.
(14) Römpp Chemie Lexikon-CD Version 1.0, Schlagwort "Aluminothermie".
(15) Weber R., op. cit., S. 212.
(16) Weber R., op. cit., S. 224.
(17) Kammer C., op. cit., S. 4.
(18) Deutscher Bundestag, Antwort, S. 13.
(19) Deutscher Bundestag, Antwort, S. 2. (Energieaufwand 1994 für Primäraluminiumproduktion 2,9 Mio SKE, im Vergleich zum Gesamtenergieverbrauch der BRD 1995 von 461 Mio SKE.)
>> Zu den Literaturquellen und dem Impressum
