Das kleine ABC der Rohstoffe

Sie prägen unseren Alltag, treiben die Energiewende voran oder lassen uns telefonieren – Rohstoffe. Die Materialien bilden die Grundlagen für das tägliche Leben, wie wir es kennen.

Das Thema gilt als Buzzword und Politikum. Doch nur wenige kennen sich wirklich damit aus. Nau.ch hat für Sie die wichtigsten Grundlagen zusammengefasst: im kleinen Rohstoff-ABC.

Einer der zentralen Rohstoffe unseres Alltags ist Aluminium. Das Metall wird aus dem Gestein Bauxit gewonnen und besticht vor allem durch seine Leichtigkeit und Langlebigkeit. Nicht nur die Automobilbranche greift gerne auf den Rohstoff zurück. Auch bei Flugzeugen, Eisenbahnen oder in Verpackungen, wie beispielsweise Dosen oder Alufolie, findet das Metall Anwendung. Grund dafür ist nicht zuletzt, dass Aluminium in hohem Masse wiederverwertbar ist. Rund 70 Prozent des Alt-Aluminiums wird gemäss der deutschen Rohstoffagentur recycelt.

Darüber hinaus wird Aluminium auch in der Baubranche aufgrund seiner Eigenschaften geschätzt. Der beliebte Baustoff findet sich beispielsweise in Fenstern oder Türrahmen sowie Fassaden, Geländern oder Dächern.

Die Exploration, Erschliessung, Gewinnung und Aufbereitung mineralischer Rohstoffe aus der oberen Erdkruste werden zusammenfassend als Bergbau bezeichnet.

Das Elementsymbol «Cu» steht für Kupfer (lat. Cuprum), eines der ersten Metalle, die die Menschheit je nutzte und ein Material, das aus unserem Alltag nicht wegzudenken ist. Denn Kupfer ist ein hervorragender Leiter von Elektrizität und Wärme, hat antimikrobielle Eigenschaften, ist gut formbar und beständig und kommt daher in sehr vielen Bereichen zum Einsatz. Von Stromkabeln, über Sanitär- und Heizungsrohre bis hin zu Münzen und Musikinstrumenten – der Rohstoff kommt in zahlreichen Anwendungen zu Hause zum Einsatz.

Des Weiteren lässt sich Kupfer ausserordentlich gut wiederverwenden, da es beinahe unbegrenzt ohne Qualitätsverluste recycelt werden kann.

Auf einer Deponie werden Abfälle oder Rückstände aus der Abfallverbrennung gelagert. Die Wahl der Deponie hängt von der Abfallkategorie ab. In der Schweiz unterscheidet man fünf Deponietypen (A-E).

Auf Deponien sammeln sich teilweise wertvolle Rohstoffe, die eigentlich wiederverwertet werden könnten. In diesem Bereich kann die Abfallwirtschaft noch optimiert werden, indem Materialkreisläufe effizienter geschlossen werden.

Weisen Gesteine einen erhöhten Anteil an Metallen auf, werden sie als Erze bezeichnet. Diese metallischen Rohstoffe sammeln sich meist in Lagerstätten an.

Erze entstehen in unterschiedlichen geologischen Umgebungen durch magmatische, sedimentäre oder metamorphe Gesteinsbildung.

Unter Flotation versteht man ein Erzaufbereitungsverfahren, bei welchem dem gemahlenen Gestein Wasser, Luft und Reagenzien zugefügt werden, sodass sich die Erzpartikel am entstehenden Schaum festsetzen und anschliessend abschöpfen lassen.

Das Herauslösen von verwertbaren Rohstoffen aus dem festen Gestein einer Lagerstätte mithilfe technischer Mittel bezeichnet man als Gewinnung.

Rohstoffe werden auf der ganzen Welt benötigt – sie kommen jedoch nicht überall im selben Masse vor. Dies macht den globalen Rohstoffhandel unverzichtbar, denn er ist dafür verantwortlich, die Rohstoffe von dort, wo sie gefördert werden, dorthin zu bringen, wo sie weiterverarbeitet werden.

Die Schweiz gilt im Bereich der Metalle und Mineralien als rohstoffarmes Land. Sie gehört jedoch weltweit zu den wichtigsten Akteurinnen im Handel mit Rohstoffen. Gemäss dem Bundesamt für Statistik waren in der Schweiz im Jahr 2021 über 950 Firmen im Rohstoffhandel tätig, die in der Schweiz über 10'000 Personen beschäftigten.

Nebst Metallen und Mineralien werden im Rohstoffsektor auch fossile Brennstoffe und Agrarprodukte gehandelt.

Im industriellen Bergbau, auch «Large-Scale Mining» (LSM) genannt, wird Bergbau formalisiert betrieben. Rohstoffe werden in grossem Umfang und unter Einsatz fortschrittlicher Maschinen, Methoden und erheblicher Investitionen gewonnen.

Der industrielle Bergbau unterscheidet sich somit vom sogenannten Artisanal- und Kleinbergbau (ASM), der weitgehend mit einfachen, nicht-industriellen Methoden und häufig inoffiziell und unreguliert ausgeübt wird.

Die jahrtausendealte Geschichte der Menschheit ist eng mit der Entdeckung und Anwendung von Rohstoffen verknüpft. Der Einfluss einzelner Materialien war gar so gross, dass ganze Epochen nach ihnen benannt wurden. So wurden in der Steinzeit Werkzeuge und Waffen aus Stein gefertigt, das Aufkommen des Werkstoffs Kupfer läutete die Kupferzeit ein, und als die Menschen begannen, Kupfer mit Zinn zu verarbeiten, war der Werkstoff Bronze geboren – eine Entdeckung, der die sogenannte Bronzezeit ihren Namen verdankt.

Ein wichtiger Bestandteil vieler wiederaufladbarer Batterien? Kobalt. Denn der Einsatz des Rohstoffs in den Kathoden erhöht die Hitzebeständigkeit und Energiedichte der Batterien und verbessert so deren Sicherheit und Leistungsfähigkeit.

Aufgrund seiner Härte, Widerstandsfähigkeit und magnetischen Eigenschaften wird das Metall zudem in einer Reihe weiterer Anwendungen genutzt, beispielsweise als Legierungselement in Diamantwerkzeugen und Werkzeugstählen, als Magnetwerkstoff oder in der Pigmentindustrie.

In reiner Form kommt Kobalt nur sehr selten vor. Der Rohstoff wird überwiegend als Nebenprodukt der Nickel- und Kupferförderung gewonnen.

Natürliche Anhäufungen von nutzbaren Erzen, Mineralien und Gesteinen werden als Vorkommen bezeichnet. Sobald die Konzentrationen gross genug sind, dass sich ein Abbau wirtschaftlich lohnt oder in Zukunft lohnen könnte, spricht man von einer Lagerstätte.

Unter Rohstoffen versteht man Stoffe oder Stoffgemische, die nicht oder kaum bearbeitet wurden und einen direkten Nutzen für die Menschen haben.

Eine Möglichkeit, diese sehr weitgefasste Bezeichnung zu spezifizieren, ist es, zwischen biologischen und mineralischen Rohstoffen zu unterscheiden. Erstere umfassen die nachwachsenden Rohstoffe, wie beispielsweise Holz, Kaffee oder Wolle. Im Unterschied hierzu versteht man unter mineralischen Rohstoffen Materialien, die sich in der Erdkruste durch geologische Prozesse bilden. Mineralische Rohstoffe werden aus diesem Grund auch häufig «Bodenschätze» genannt. Zu den mineralischen Rohstoffen gehören beispielsweise Energierohstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sowie metallische und nicht-metallische Rohstoffe wie Kupfer, Eisen oder Salz.

Nickel verhilft den Batterien in Elektrofahrzeugen zu Höchstleistungen. Doch nicht nur das: Seine Hauptverwendung findet der Rohstoff in der Produktion von Edelstahl, da er dessen Korrosionsbeständigkeit verbessert. Auch in Superlegierungen, wie sie beispielsweise in Flugzeug-Triebwerken verbaut werden, kommt das Metall aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit und Hitzebeständigkeit zum Einsatz.

Metalle sind in der Natur nur ganz selten in gediegener (d. h. reiner) Form zu finden. In den meisten Fällen treten sie stattdessen als chemische Verbindung mit Sauerstoff (Oxide) oder Schwefel (Sulfide) auf. Dabei ist je nach Zusammensetzung des Erzes ein anderer Gewinnungsprozess erforderlich. Rohstoffe wie Kupfer, beispielsweise, werden aus sulfidischen Erzen typischerweise erschmolzen (pyrometallurgisches Verfahren), aus oxidischen Erzen hingegen wird Kupfer meist hydrometallurgisch (also nass-chemisch) gewonnen.

Ihren Ursprung haben Rohstoffe in der Natur. Gewisse Rohstoffe können jedoch je nach Beschaffenheit, technischem Verfahren und Aufwand immer und immer wieder aufbereitet und wiederverwendet werden. Aus diesem Grund wird gemeinhin zwischen Primär- und Sekundärrohstoffen unterschieden, je nachdem, ob sie aus der Natur gewonnen wurden (Primärrohstoffe) oder aus Abfällen oder Produktionsrückständen im Rahmen eines Recyclingprozesses (Sekundärrohstoffe).

Quarz, respektive Siliziumoxid (SiO2), ist eines der häufigsten Mineralien in der Erdkruste und wird unter anderem für die Produktion von Glas, Solarzellen, Schleifmittel und Mikrochips verwendet.

Bereits vor über 3000 Jahren wurde im Vorderen Orient mit Quarzsand Glas erzeugt und auch in der Schweiz wurde der Rohstoff für die Glasproduktion gewonnen. Eines dieser Schweizer Bergwerke ist das Bergwerk Chrästel bei Buchs im Kanton Zürich – ein Betrieb, der heute zwar stillgelegt ist, jedoch noch immer besucht werden kann.

Spricht man von Rohstoffvorräten, wird zwischen Ressourcen und Reserven unterschieden. Unter Reserven versteht man den wirtschaftlich nutzbaren Rohstoffanteil, das heisst jene Bodenschätze, die geologisch bekannt, zugänglich und, nach gegenwärtigen technischen Möglichkeiten, gewinnbringend abbaubar sind.

Als Ressourcen hingegen gelten sämtliche Rohstoffvorkommen, seien sie lediglich vermutet oder tatsächlich verfügbar. Wenn sich die äusseren Umstände ändern, beispielsweise wenn die Entwicklung neuer Fördertechnologien den Abbau möglich und rentabel machen, kann eine Ressource auch zur Reserve werden.

Wussten Sie, dass die meisten der sogenannten «Seltenen Erden» eigentlich relativ häufig vorkommen? Was jedoch rar ist, sind grössere, zusammenhängende Lagerstätten davon. Die Bezeichnungen «Metalle der Seltenen Erden» und «Seltenerdmetalle» sind daher treffender.

Konkret handelt es sich dabei um die folgenden 17 metallischen Elemente des Periodensystems: Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Manchmal wird der Begriff auch etwas enger gefasst, da die beiden Elemente Scandium und Promethium in gewissen Fällen nicht zu den Metallen der Seltenen Erden gezählt werden.

Kommen Rohstoffe an oder nicht zu weit unter der Erdoberfläche vor, werden sie in offenen Gruben im sogenannten Tagebau gewonnen. Bei tiefer liegenden Lagestätten müssen feste Rohstoffe über Schächte und Stollen, also «unter Tage», erschlossen werden (Untertagebau). Flüssige und gasförmige Rohstoffe wiederum werden über Bohrlöcher zugänglich gemacht.

In unserer technologisierten Welt sind wir auf eine Vielzahl an Rohstoffen angewiesen. Rohstoffgewinnung muss aber nicht immer in einer klassischen Mine erfolgen. Stichwort: Urban Mining.

Gemeint ist damit die Aufsuchung, Erschliessung, Gewinnung und Aufbereitung mineralischer Rohstoffe in urbanen, menschgemachten Lagerstätten. Denn sei es in Gebäuden, Fahrzeugen oder Elektrogeräten – sowohl in Konsumgütern als auch in unserer Infrastruktur lagern Rohstoffe, die sich wiederverwenden lassen.

Ob und in welchem Masse diese Rohstoffe zurückgewonnen werden, hängt unter anderem davon ab, wie die Rohstoffe verbaut sind, welche Recyclingverfahren zur Verfügung stehen und wie wirtschaftlich ein hochwertiges Recycling im Vergleich zum herkömmlichen Bergbau ist.

Auch die Lebensdauer der rohstoffhaltigen Produkte und die stetig wachsende Nachfrage sind zu berücksichtigen, wenn es um die Frage geht, in welchem Umfang sich künftig Primärrohstoffe durch Sekundärrohstoffe ersetzen lassen. Im Falle von Altbatterien geht die Internationale Energieagentur IEA beispielsweise davon aus, dass die daraus recycelten Mengen an Kupfer, Lithium, Nickel und Kobalt den kombinierten Primärbedarf an diesen Mineralien bis 2040 um etwa zehn Prozent senken könnten.

Das Herausschmelzen von Metall (beispielsweise aus Erzen) bezeichnet man als Verhüttung.

Zum industriellen Bergbau, gehört auch die Wiederherstellung des bearbeiteten Gebiets. Idealerweise geschieht diese Arbeit, die auch Renaturierung genannt wird, nicht erst, wenn der Abbau bereits vollständig abgeschlossen wurde, sondern fortlaufend, während die Mine noch in Betrieb ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn einheimische Pflanzen und der fruchtbare Oberboden bereits vor Beginn der Bergbautätigkeit entnommen und anschliessend wieder an die zu renaturierende Stelle zurückgebracht werden.

Als Xenolith (zusammengesetzt aus den griechischen Begriffen für «fremd» (xénos) und «Stein» (líthos)) wird Gestein bezeichnet, welches eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist oder zu einer anderen Zeit entstanden ist, als das Gestein, von dem es eingeschlossen wird.

Hört man Explorationsgeologen in spanischsprachigen Regionen Lateinamerikas über den Bergbau sprechen, wird früher oder später wohl der Begriff «yacimiento» fallen – die spanische Bezeichnung für eine Lagerstätte.

Die Rohstoffreserven Lateinamerikas sind für den Weltmarkt von sehr grosser Bedeutung. So fördert beispielsweise Chile allein gemäss den Daten der International Trade Administration rund einen Viertel des weltweiten Primärkupfers.

Welcher Rohstoff wird verwendet, um Stahl vor Rost zu schützen, bildet in Verbindung mit Kupfer die Legierung Messing und kommt unter anderem in Küchen, Raumfahrttechnik, Nahrungsergänzungsmitteln oder Kosmetika zum Einsatz? Natürlich, Zink!

Dächer, Farben, Salben Batterien, Blasinstrumente – sie alle enthalten oftmals Zink. Darüber hinaus ist Zink als Spurenelement auch für unseren Organismus unentbehrlich, da es bei zahlreichen biochemischen Prozessen in unseren Körpern beteiligt ist, wie beispielsweise dem Zellwachstum, der Wundheilung, dem Immunsystem und der Fortpflanzung.