Recycling seltener Metalle: ein Weg zu resilienten grünen Lieferketten –

Zukunftstechnologien, wie Elektromotoren und Windkraft-Turbinen, enthalten wertvolle seltene Metalle, deren Recycling einen wichtigen Schritt zu einer grünen Kreislaufwirtschaft darstellen würde. Doch ein Aufbau von Lieferketten für recycelte Metalle ist mit Schwierigkeiten, wie mangelnder technischer Standardisierung, geringer Sammelquoten von Altprodukten und niedriger Effizienz von Recycling-Technologien konfrontiert.

Grüne Wertschöpfungsketten werden für Europa nur dann zur Erfolgsgeschichte, wenn sie es ermöglichen, Klimaschutz mit einem Zugewinn an Versorgungssicherheit zu verbinden. Voraussetzung ist eine eigene wettbewerbsfähige Produktion von Zukunftstechnologien, die für die Dekarbonisierung zentral sind, wie Lithium-Batterien, Elektromotoren oder Windkraft-Turbinen. Das erfordert einen gesicherten Zugang zu schonend gewonnenen und zugleich bezahlbaren Ressourcen. Die EU-Kommission hat unlängst mit ihren Vorschlägen für einen Critical Raw Materials Act (EU-Kommission, 2023a) sowie einen Net Zero Industry Act (EU-Kommission, 2023b) wichtige Impulse in diese Richtung gesetzt. Das Recycling der in Zukunftstechnologien enthaltenen seltenen Metalle, wie Lithium, Kobalt oder der Gruppe der Seltenerdmetalle, kann hierfür langfristig einen entscheidenden Beitrag leisten. Nicht nur können auf diesem Wege schwer substituierbare Rohmaterialien theoretisch beliebig oft und ohne Qualitätsverluste wiederverwertet werden. Recycling ist auch eine nachhaltige Ergänzung zu einem mit Umwelt- und Akzeptanzrisiken behafteten heimischen Bergbau.

Der Aufbau einer Kreislaufwirtschaft für grüne Zukunftstechnologien steckt derzeit noch in den Kinderschuhen. EU-Schätzungen zur End-of-Life-Recycling-Input-Rate¹ zeigen, dass bei Zukunftsrohstoffen, die in strategischen Technologien eingesetzt werden, der Anteil EU-interner Sekundärgewinnung am Rohstoffverbrauch gegenwärtig mit wenigen Ausnahmen (Kupfer, Kobalt, Nickel) gering bis sehr gering ausgeprägt ist. Bei fünf Rohstoffen (Gallium, Lithium, Niobium, Phosphor, Strontium) wird er sogar auf null geschätzt. Auch bei den vielfältig eingesetzten Seltenerdmetallen ist er nahezu bedeutungslos. Die geringsten Recycling-Aktivitäten werden für solche Rohstoffe gemessen, bei denen auch allgemein die Importabhängigkeit besonders stark ausgeprägt ist (vgl. Abbildung 1).

Vermeidung externer Kosten

Ein wesentliches Argument für die staatliche Förderung eines Recycling-Systems bei grünen Zukunftstechnologien stellt die Vermeidung externer Kosten dar. In erster Linie sind hier die Umweltschäden aus Abbau und Verhüttung von Primärrohstoffen zu nennen. Das betrifft im besonderen Maße kritische Rohstoffe, wie Lithium und Seltenerdmetalle. So können mit den Vorkommen häufig vergesellschaftete Giftstoffe, wie Arsen oder Quecksilber, ein Umweltrisiko darstellen, vor allem wenn eine Kontamination des Grundwassers nicht ausgeschlossen werden kann (Kaunda, 2020). Im Fall von Lithium kann je nach geologischen Bedingungen auch ein hoher Wasserverbrauch als Problem hinzukommen (Bustos-Gallardo et al., 2021). Umweltanalysen des chinesischen Seltene-Erden-Bergbaus identifizieren als Probleme die Entstehung von Giftmüll durch Nutzung chemischer Reaktionsmittel, die Radioaktivität des freigesetzten Thoriums sowie die Emission von CO₂, Schwefeldioxid und Ammoniak (Zhou et al., 2016). Ein Versuch, diese Vielfalt an Effekten in einen Wohlfahrtsschaden umzurechnen, kommt immerhin auf eine Größenordnung von umgerechnet 4 Euro bis 5 Euro pro Kilogramm Seltenerdmetalle (Zhou et al., 2017). Das ist eine in Relation zu den Marktpreisniveaus vieler Seltenerdelemente beträchtliche Summe (SMM, 2023). Vergleichende Untersuchungen zu den Umweltwirkungen der Primär- und Sekundärgewinnung kritischer Rohstoffe kommen auf deutlich geringere Umweltschäden bei der Sekundärgewinnung (Jin et al., 2016).

Eine weitere, deutlich schwerer greifbare Form von vermiedenen sozialen Kosten betrifft die Versorgungssicherheit. Die Förderung einer heimischen Recycling-Wirtschaft verringert die Abhängigkeit von externen Rohstofflieferanten. Dabei handelt es sich im Bereich der kritischen Rohstoffe in vielen Fällen um monopolistische Strukturen (Wolf, 2023). Sie machen Europas Lieferketten im Bereich der Zukunftstechnologien anfällig für natürliche (Katas­trophenereignisse) oder menschlich verursachte (Veränderungen in der Rohstoff- und Handelspolitik) Ausfälle der Rohstofflieferungen einzelner Länder. Dieses Ausfallrisiko ist für sich betrachtet noch kein externer Effekt. Soziale Kosten resultieren hier aber aus der mangelnden Versicherbarkeit. Bei vielen kritischen Rohstoffen besteht kurzfristig keine technische Substitutionsmöglichkeit. Und eine finanzmarktseitige Absicherung durch Hedging-In­strumente wird bei zukünftig systemrelevanten Zukunftstechnologien durch die gesamtwirtschaftliche Wirkung von Versorgungsausfällen erschwert. Sie führt zu einer starken positiven Korrelation der rohstoffbezogenen Risiken mit den Ertragsrisiken anderer Branchen.

Potenzielle Hindernisse beim Aufbau einer Recyclingwirtschaft

Grundsätzlich lassen sich produktübergreifend vier potenzielle Problembereiche für den schnellen Aufbau einer Recyclingwirtschaft identifizieren:

• Das Angebot an End-of-Life (EoL)-Produkten,
• die Sammlung und Übermittlung der EoL-Produkte in die Systeme der Wiederverwertung,
• die angemessene Sortierung und Allokation der in den Produkten enthaltenen kritischen Rohmaterialien sowie
• die ökonomische Effizienz der Wiederverwertung (vgl. Abbildung 2).

Grüne Zukunftstechnologien finden sich produktseitig in relativ langlebigen Gebrauchsgütern. Das starke Nachfragewachstum, das für viele dieser Produkte prognostiziert wird (Marscheider-Weidemann et al., 2021), schlägt sich erst mit teilweise deutlicher Verzögerung in einem wachsenden Angebot an EoL-Produkten nieder. Rizos et al. (2022) schätzen für das Beispiel der Seltenerd-Permanentmagnete, dass auch bei zügigem Aufbau von Recyclingketten recycelte Magneten im Jahr 2030 nur einen Anteil von 8 % bis maximal 19 % der EU-weiten Nachfrage decken können. Die Wiederverwertung kann zu Anfang also nur wenig zur Befriedigung der rasch steigenden Nachfrage beitragen. Das birgt die Gefahr, dass im Interesse einer schnellen Abhilfe Kapital zunächst relativ einseitig in andere, auf Primärrohstoffe setzende, Versorgungswege gelenkt wird.

Die erste praktische Herausforderung bei der Verwertung ist die Sicherung von Produkten mit Zukunftstechnologien am Ende ihrer Nutzungsphase. Dabei ist zwischen Konsumprodukten und in Industrie oder Energiewirtschaft eingesetzten Produktionsmitteln zu unterscheiden. Bei den relevanten Konsumprodukten handelt es sich in erster Linie um Elektronikprodukte (Mobiltelefone, Fernseher, IT-Ausstattung etc.) sowie Haushaltsgeräte. Verbraucherseitig sind ausreichende Anreize für eine sachgerechte Entsorgung von Elektroschrott erforderlich. Bei Elektrogeräten liegen die Kosten für den Verbraucher tendenziell höher als bei Haushaltsabfällen, da zusätzliches Wissen erforderlich ist (Lage von Depotcontainern, Wertstoffhöfen) und ein höherer Zeitaufwand entsteht (Otto et al., 2015). Mit der aktuellen Fassung der Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE)-Richtlinie 2012/19/EU hat die EU den Mitgliedstaaten das Ziel aufgetragen, die Sammelquoten² bei Elektroschrott zu erhöhen, ab 2019 auf einen Wert von mindestens 65 % (EU, 2018). Dieser Wert wurde beim jüngsten Messzeitpunkt (2020) im EU-Durchschnitt deutlich verfehlt (46 %), lediglich drei Mitgliedstaaten (Bulgarien, Finnland, Kroatien) überschritten die 65 %-Marke (Eurostat, 2023). Neben der unsachgemäßen heimischen Entsorgung macht der illegale Export von Elektronikschrott zur billigen Entsorgung in Länder wie China einen Teil des Problems aus (Illés und Geeraerts, 2016).

Die technischen Hürden und Kostenhemmnisse, die beim anschließenden Schritt der Separierung von Materialien auftreten, sind stark produktspezifisch. Vielfalt im Produktdesign und unzureichender Informations­austausch über Produkteigenschaften stellen Unsicherheitsfaktoren dar und können zum Kostentreiber in der Separierung werden. Unzureichende oder unsachgemäße Separierung kann die Effizienz nachfolgender Recycling-Prozesse stark beeinträchtigen, sowohl im Hinblick auf die Art an wiedergewinnbaren Ressourcen als auch deren Qualität bzw. Reinheitsgrad (Elwert et al., 2015).

Unterschiede im Produktdesign betreffen auch die chemische Zusammensetzung, und damit die Frage, mit welchen Mitteln welche Rohstoffe für die Wiederverwertung erschlossen werden können. Die große Variabilität im Aufbau von Lithium-Ionen-Batterien ist hierfür ein gutes Beispiel (Lander et al., 2021). Das erschwert die Standardisierung von Recycling-Prozessen. In Verbindung mit der Kostenstruktur von Recycling-Verfahren führt das zu einem Wirtschaftlichkeitsproblem. Sie sind typischerweise durch hohe Fixkosten (Arbeit, Kapital) gekennzeichnet, was starke Größenvorteile impliziert (Gregoir und van Acker, 2022). Zusätzlich erschwert wird das Upscaling durch die technologische Vielfalt bei den Recycling-Verfahren selbst. Die Technologien können sich im Hinblick auf Kostenstruktur und Recycling-Output erheblich unterscheiden, wie z. B. der Vergleich hydro- und pyrometallurgischer Verfahren zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zeigt (Lander et al., 2021). Da sich viele dieser Technologien noch in einem frühen Entwicklungsstadium mit unsicherer Aussicht auf zukünftige Effizienzsteigerungen befinden, entstehen hohe Informationskosten bei der Technologiewahl. Einnahmeseitig stellen zudem Preisschwankungen an den Märkten der besonders lukrativen seltenen Metalle sowie die Gefahr der mittelfristigen Materialsubstitution, z. B. die Senkung der Kobaltintensität von Lithium-Ionen-Batterien (Ganesh et al., 2021), besondere Risikofaktoren für Recycling-Unternehmen dar.

Die in den einzelnen Stufen bestehenden Probleme verstärken sich über den Kostenzusammenhang zum Teil wechselseitig. Dahinter steht die klassische Henne-Ei-Problematik. Ohne eine etablierte Infrastruktur der Kreislaufwirtschaft gelangen zu geringe Mengen an EoL-Produkten zu spezialisierten Recycling-Unternehmen, was Recycling unrentabel macht. Das hemmt wiederum die technologische Entwicklung geeigneter Recycling-Verfahren (geringer Erfahrungsgewinn, wenig Anreize zur F&E-Investition). Das zeigt, dass die finanzielle Förderung von Recycling-Kapazitäten allein als Politikansatz nicht ausreichend ist. Die Regulatorik muss die gesamte Verarbeitungskette in den Blick nehmen, angefangen bei der Sammlung von Altprodukten bis hin zur Endverwertung der Recyclate.

Unterstützende Maßnahmen für den Aufbau eines Recyclingprozesses

Ein wichtiger Baustein ist eine intensive Koordination der Akteure entlang der zum Teil stark desintegrierten Verarbeitungsketten (van Nielen et al., 2023). Informationen über technische Produkteigenschaften und Anforderungen müssen zeitnah ausgetauscht werden. Das erlaubt Recycling-Betrieben, die Erlöspotenziale genauer einschätzen zu können und ihre Technologien zu optimieren. Produzenten, die Sekundärrohstoffe in ihrer Produktion einsetzen, sollten wiederum zertifizierte Informationen über Art und Umfang der recycelten Materialien sowie die verwendete Recycling-Technologie an ihre Käufer übermitteln. Das eröffnet ihnen die Möglichkeit, den Rückgriff auf recycelte Materialien als positives Signal am Markt zu verwerten. Die Einrichtung eines solchen lieferkettenweiten Informations­systems ist aufwendig und steht nicht bei allen Technologien in einem günstigen Verhältnis zum erwarteten Recycling-Ertrag. In der Aufbauphase sollte es deshalb auf Produkte mit besonders hohem Potenzial an kritischen Rohstoffen begrenzt sein.

Auf der Ebene des Recyclingprozesses sollten die Anstrengungen darauf abzielen, den technologischen Reifegrad der gegenwärtig erforschten Lösungen zügig zu erhöhen. Staatliche Forschungsförderung sollte dabei möglichst diversifiziert angelegt sein und nicht einzelne Recycling-Technologien von vorneherein bevorzugen. Die Existenz von Größenvorteilen im Recycling – in Kombination mit der starken Verzögerung im Angebotswachstum von EoL-Produkten – rechtfertigt auch übergangsweise eine über den FuE-Bereich hinausgehende finanzielle Förderung. Damit Europa den in 15 bis 20 Jahren zu erwartenden sprunghaften Anstieg im Angebot von Sekundärrohstoffen aus Elektromobilen und Windkraftturbinen nutzen kann, müssen jetzt die Strukturen für die schrittweise Steigerung der Recycling-Effizienz geschaffen werden. Das geht nur über Skalierung. Staatliche Anschubfinanzierung ist dabei der Schlüssel, um Einnahmeengpässe in der Anfangszeit zu überbrücken und so private Investitionsanreize bereits in der Gegenwart zu erhöhen.

Damit der notwendige Technologiewettbewerb nicht ausgehebelt oder gar Kapazitäten ohne Marktperspektive geschaffen werden, könnte die Förderung die Form einer wettbewerblich fixierten Prämienzahlung annehmen. Die gegenwärtig in die Umsetzungsphase gehende Europäische Wasserstoffbank (EU-Kommission, 2023d) ist hierfür ein mögliches Vorbild. Nach diesem Prinzip würden die erwarteten Markteinnahmen aus dem Verkauf der Recyclate um eine staatlich finanzierte, mengenabhängige Prämie ergänzt, deren Höhe sich aus einem Gebotsverfahren unter den Recycling-Unternehmen ergibt. Bei wettbewerblich effizienter Ausgestaltung des Gebotsverfahrens sollte die Höhe der Gebote der notwendigen Kompensation entsprechen, die die Recycling-Unternehmen zur Deckung der anfänglich hohen fixen Durchschnittskosten benötigen. Mit im Zeitverlauf steigender Angebotsmenge an EoL-Produkten und zunehmender Realisierung von Größenvorteilen sinkt die notwendige Kostenkompensation und damit sinken die sich im Gebotsverfahren einspielenden Prämien. Um zu verhindern, dass in einem solchen System Recycling-Technologien mit gegenwärtig noch geringem Reifegrad ausgebremst werden, könnte für das Gebotsverfahren das Pay-as-Bid-Prinzip, d. h. eine Förderung erfolgreicher Bieter in Höhe ihrer individuellen Gebote, angewendet werden. Gegenwärtig noch verhältnismäßig teure junge Technologien hätten so die Chance auf höhere Prämienzahlungen, sofern die Unternehmen mit ihren Geboten unterhalb einer gewissen Schwelle bleiben.

Ein Vorteil eines solchen Prämiensystems gegenüber Alternativen wie staatlichen Preisgarantien oder dem Aufbau spezifischer Recyclate-Märkte ist die Bewahrung der preislichen Lenkungswirkung. Jenseits der gewährten Prämie hängen die Erträge der Recycling-Unternehmen von der Preisentwicklung an den internationalen Rohstoffmärkten ab. Die Höhe der Prämie kompensiert zum Teil auch für dieses gegenwärtige Ertragsrisiko, sie hebelt aber die Abhängigkeit der zukünftigen Erlöse von der Preisentwicklung nicht aus. Potenziale und Risiken im Zusammenhang mit der Substitution von Rohstoffen durch technologischen Wandel oder der Erschließung neuer Anwendungsgebiete blieben so Bestandteil des unternehmerischen Kalküls.

Ein solches System wäre auch robust gegenüber politisch induzierten Anpassungen der Markterwartungen, insbesondere gegenüber zukünftigen Veränderungen in der Handels- und Industriepolitik Chinas. Das Risiko, durch staatliche Förderung ungewollt einen technologischen Lock-in Europas beim Rohstoff-Recycling zu verursachen, wäre so insgesamt geringer. Zudem würden im Vergleich zu einem durch Beschaffungs­vorgaben an Unternehmen aufgebauten Recyclate-Markt auch keine unmittelbaren Kostenrisiken für europäische Downstream-Industrien auf den globalen Märkten entstehen. Auch das ist vor dem Hintergrund der Konkurrenz zu China ein wichtiger Faktor, denn echte Versorgungs­sicherheit gibt es für Europa nur mit integrierten Lieferketten. Das staatliche Kostenrisiko kann zugleich über feste Budgetierungen der Ausschreibungen begrenzt werden.

• 1 Die End-of-Life-Recycling-Input-Rate drückt den Anteil der gesamten EU-Nachfrage nach einem Rohstoff aus, der aus EU-internen Sekundärquellen befriedigt werden kann. Da die Höhe der Nachfrage auf Basis bestehender Erhebungen nicht direkt gemessen werden kann, wird sie indirekt als Summe der EU-intern genutzten Rohstoffe aus EU-Quellen und der Rohstoffimporte in die EU gemessen.
• 2 Die Sammelquote ist definiert als das Verhältnis des Gesamtgewichts der in einem Jahr gesammelten Elektroaltgeräte zum gemittelten Gesamtgewicht der in den drei Vorjahren in den Verkehr gebrachten Elektrogeräte.