Rohstoff Aluminium – Teil 1: Der Blick ins Detail

Gepostet von Thomas Nasswetter am 3. Mai 2018

Aluminium ist im Frühjahr zum welthandelspolitischen Zankapfel geworden. Donald Trump will die US-amerikanische (Metall-)Industrie mit Zöllen schützen. Auch die Russland Sanktionen der USA wirken sich auf den Aluminiumpreis aus, weil damit Oleg Deripaska der Inhaber des weltweit zweitgrößten Aluminiumherstellers Rusal betroffen ist. Also machte der Aluminiumpreis kurzfristig ein paar Männchen um sich vorerst auf hohem Niveau zu beruhigen. Doch im Zeitalter volatiler Rohstoffpreise kann morgen alles anders sein.

Wir wollen uns in einer mehrteiligen Serien ansehen, was es alles mit Aluminium, Aluminiumrecycling und verschiedenen Produkten aus Aluminium (Kaffeekapseln, Getränkedosen, Autos und Flugzeugen) auf sich hat und wie sich Herstellung und Gebrauch auf Umwelt und Klima auswirken.

Zusammenfassung

Aluminium ist ein sehr unedles Metall und kommt daher nur in Form von Verbindungen in der Natur vor.

Der Energieaufwand zur Herstellung aus Bauxit ist exorbitant und es entsteht giftiger Rotschlamm.

Aluminium lässt sich leicht mit anderen Metallen legieren und kann so gut die gewünschten Eigenschaften annehmen.

Was ist Aluminium?

Aluminium kommt auf der Erde sehr häufig vor. Es ist das häufigste Metall und nach Sauerstoff und Silizium das dritthäufigste Element der Erdkruste. Da Aluminium ein sehr unedles Metall ist, ist es praktisch nicht in reiner, sondern immer nur in gebundener Form auf unserem Planeten vorhanden. Das schränkt die wirtschaftliche Rohstoffgewinnung von Aluminium stark ein. Das Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit. Bauxit enthält ungefähr 60% Aluminiumhydroxid etwa 30% Prozent Eisenoxid und Siliziumdioxid.

Rohstoffgewinnung – alternative Verfahren

Zur Gewinnung von reinem Aluminiumoxid aus der häufigsten vorkommenden Form, als Aluminiumsilikaten, gibt es seit langem Vorschläge. Die Umsetzung dieser Vorschläge hat bis heute allerdings noch zu keinem wirtschaftlich abbildbaren Verfahren geführt. Deshalb wird Aluminium aus dem silikat-ärmeren und deutlich weniger verhandenen Bauxit gewonnen.

Bauxitvorkommen

Bauxit wird überwiegend im Tagebau gefördert. Das führt in vielen Fällen zur Zerstörung ganzer Landschaften. Soll der Abbau nachhaltig passieren, so müssen die freigesetzten humushaltigen Erdschichten zunächst zwischengelagert werden, um nach Ende des Tagebaus zur Rekultivierung verwendet zu werden. Von den heute bekannten Bauxitreserven lagert ein großer Teil im Tropengürtel. In den Hauptabbauländern – Guinea, Jamaika, Indien, Australien und Brasilien – wird für den Abbau teilweise großflächig Regenwald zerstört.

Reichweite von Aluminium

Die aus derzeitiger Sicht wirtschaftlich abbauwürdigen gesicherten Bauxitvorkommen dürften den Bedarf auch bei steigender Produktion langfristig decken. Die größten Produzenten sind Australien (78 Mio. Tonnen), China (65 Mio. Tonnen), Brasilien (35 Mio. Tonnen), Indien (20 Mio. Tonnen) und Guinea (18 Mio. Tonnen). In Kamerun lagern neu entdeckten Vorkommen in einer Größenordnung von 500 bis 700 Mio. Tonnen. Dabei zeigt sich ein Problem, dass bei vielen Primarrohstoffen vorhanden ist: Sie liegen im Bereich von tropischen Regenwäldern.

Aluminiumgewinnung aus Bauxit

Der Primärrohstoff Aluminium als reines Metall wird elektrolytisch aus einer Aluminiumoxidschmelze hergestellt. Zur Herstellung von metallischem Aluminium wird das Bauxit bei 150 bis 200 °C in Natronlauge erhitzt ,wobei Aluminium als Aluminat gelöst wird und vom eisenreichen Rückstand (=Rotschlamm) abfiltriert wird. Die eigentliche Herstellung des Metalls in einer Aluminiumhütten erfolgt durch Schmelzflusselektrolyse des Aluminiumoxid nach dem Kryolith-Tonerde-Verfahren. Dazu wird zur Herabsetzung des Schmelzpunktes das Aluminiumoxid zusammen mit Kryolith geschmolzen.

Stromverbrauch

Die Gewinnung von Aluminium aus den gewonnenen Aluminaten ist sehr energieaufwendig. Zwischen 12,9 und 17,7 Kilowattstunden an elektrischer Energie müssen für die Herstellung von einem Kilogramm Rohaluminium eingesetzt werden. Die Produktion von Rohaluminium (≈ 63 Millionen Tonnen) aus Bauxit verbrauchte 2017 Strom in der Dimension von etwa 1.000 Billion kWh. Anders ausgedrückt: Das ist der Strom den rund 1.000 Kohlekraftwerksblöcke produzieren. Damit wird die Aluminiumproduktion durchaus zu einem Faktor bei der Klimaerwärmung. Aluminiumhütten rechnen sich nur dort, wo billiger Strom in großen Mengen zur Verfügung steht! Deshalb sind die Länder die den Primärrohstoff Aluminium abbauen nicht unbedingt auch die Länder in denen Aluminium hergestellt wird.

Rotschlamm als giftiges Abfallprodukt

Ein weiterer Nachteil der Aluminiumherstellung ist ein Abfallprodukt der Aufschließung von Bauxit in Aluminiumoxid mittels Natronlauge. Dieser als Bayer-Verfahren bezeichnete Prozess führt dazu, das pro Tonne Aluminiumoxid rund 1 bis 1,5 Tonnen Bauxitrückstände anfallen. Pro Jahr bleiben damit rund 150 Millionen Tonnen Bauxitrückstände zurück und belasten die Umwelt. Der Rotschlamm enthält die im Bauxit vorhandenen Fremdstoffe. Umweltbelastend sind vor allem die darin enthaltenen giftigen Schwermetalle wie Arsen, Chrom und Quecksilber. Auch sorgt die im Rotschlamm enthaltene Natronlauge für eine kurzfristige Gefährlichkeit. Es gibt seit Ende des 19. Jahrhunderts Möglichkeiten die im Rotschlamm enthaltenen Rohstoffe zu verwenden. Schätzungen zufolge werden aber 2 bis 3,5 Millionen Tonnen Rohstoffe aus Bauxitrückständen wiederverwertet, das sind gerade einmal 1-2 Prozent. Die EU hat dazu ein Forschungsprojekt aufgelegt, um den Anteil der Rohstoffgewinnung aus den Herstellungsabfällen zu erhöhen.

Verbrauch

Aluminium ist nach Stahl der zweitwichtigste metallische Werkstoff. 2016 wurden laut Wikipedia weltweit 115 Mio. Tonnen produziert. Die Industrie bevorzugt Reinaluminium mit 99,0% oder Reinstahlaluminium mit 99,7% für den Flugzeugbau, Automobil-Industrie oder für Werkzeuge.

In Deutschland werden allein im Bereich des Automobilbaus 1,6 Millionen Tonnen Aluminium verbraucht. Für Verpackungen werden rund 350.000 Tonnen benötigt.