Kupfer im regionalen Ressourcenhaushalt
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Dominic Wittmer
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Kupfer im regionalen Ressourcenhaushalt
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vdf Hochschulverlag AG
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9783728132109
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1
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CHF 23.60
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Politik
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German
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280
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DRM
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PC/MAC/eReader/Tablet
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PDF
DOI-Nr. 10.3218/3210-9
Bisher sind die geogenen Lagerstätten in den Geowissenschaften systematisch untersucht worden, nicht aber die anthropogenen. Letztere befinden sich im Wachstum, solange die Inputflüsse die Outputflüsse übersteigen. Es fehlen bis heute geeignete Werkzeuge, die eine umfassende Erfassung und Beurteilung dieser Lagerstätten ermöglichen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Exploration von nicht-regenerierbaren Ressourcen im urbanen Raum am Beispiel des Kupfers, basierend auf umweltingenieur- und geowissenschaftlichen Ansätzen.
Kupfer ist wegen seines starken technischen Profils ein essentielles Metall im Stoffhaushalt der Anthroposphäre. Es wird in zahlreichen Anwendungen in Gebäuden (Aussenbereich, Haustechnik), in der Infrastruktur (Strom- und Informationsübertragung) sowie in elektrischen und elektronischen Produkten und weiteren Mobilien in reiner Form oder in Legierungen eingesetzt. In der Schweiz sind die urbanen Lagerstätten pro Kopf bereits grösser als die weltweit vorhandenen geogenen Lagerstätten. Hier setzt diese Arbeit an.
Für die Exploration im urbanen Raum wird die Methode der Stoffflussanalyse (BACCINI und BADER 1996) mit einer eigenständig entwickelten, geowissenschaftlich geprägten Methode zur Lagererfassung kombiniert. Dadurch ist eine differenziertere Betrachtung der Lagerstättenmengen und -qualitäten möglich.
Der Betrachtungsraum ist die Schweiz. Die urbanen Kupferlagerstätten werden in den drei Hauptlagern Gebäude, Infrastruktur und Mobilien modular erfasst. Zur Untersuchung der Lager hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Rollen im regionalen Kupferhaushalt bedarf es eines geeigneten Instrumentariums. Der erste Teil der Arbeit zielt auf die Erfassung der relevanten Güter aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen. Der zweite Teil verifiziert den Aufbau der zugehörigen Lager in einem dynamischen Modell und schafft die Basis für die Entwicklung von Bewirtschaftungsszenarien.
In zwei Szenarien wird untersucht, welche Auswirkungen ein mittelfristiger Umbau der Produktionsgebäude in Mehrfamilienhäuser bzw. Dienstleistungsgebäude hinsichtlich der Lagerentwicklung und der zugehörigen Kupfernachfrage oder Emissionen bewirkt. Die Arbeit zeigt exemplarisch auf, wie das dynamische Modell für solche"Wenn-dann"-Szenarien künftig eingesetzt werden kann: Wenn die Umnutzung zugunsten der Dienstleistungsgebäude verläuft, dann wird entsprechend der gebäudespezifischen Nutzungsmuster des Kupfers ein Rohstoffmehrbedarf erzeugt. Wenn beim Umbauprozess bei den neuen Dienstleistungsgebäuden konsequent auf Kupferbleche verzichtet wird, dann sinken die Emissionen um circa 20%, obwohl das gesamte Kupferlager in den Gebäuden (einschliesslich Haustechnik) eine leichte Zunahme bewirkt.
1 Einleitung
(S. 3-4)
1.1 Ausgangslage und Motivation
Limitierte Rohstoffe
Weltweit wächst mit fortschreitender Technisierung und Urbanisierung der Materialeinsatz in der Anthroposphäre an. Die steigende globale Nachfrage nach Rohstoffen bzw. Waren bewirkt einen beschleunigten Ressourcenabbau in der Geosphäre – absolut und pro Kopf. So hat der Mensch nach dem Zweiten Weltkrieg mehr mineralische Rohstoffe abgebaut als in der vorherigen Menschheitsgeschichte (WELLMER und BECKER-PLATEN 1999). Eine wichtige Ursache für den grossmassstäblichen Ressourcenabbau liegt darin, dass mineralische Rohstoffe im Güterhandel als materialisierte „Träger" des wertsteigerungsfähigen Vorganges vom Ausgangsstoff zum Produkt dienen (ADRIAANSE et al. 1998).
Doch die „Prämisse", Wirtschaftswachstum zu erlangen, hat ihren Preis: Bereits in den frühen siebziger Jahren wurde mit dem Erscheinen des Berichts des Club of Rome „Die Grenzen des Wachstums" die Entwicklung des Ressourcenverbrauchs als nicht nachhaltig eingestuft, und nach aktueller Beurteilung hat sich an dieser Aussage nichts Grundlegendes geändert (MEADOWS, D. 1972, MEADOWS, D.H. et al. 2004). Der in den vergangenen Jahren rasche Aufstieg von Wirtschaften in Fernost deutet an, wie sprunghaft sich der Bedarf in Zukunft entwickeln kann. Eine Fortführung dieser Entwicklung – ein unbegrenztes Wachstum – ist jedoch aufgrund der Rahmenbedingungen auf der Erde per se nicht möglich, da die Ressourcen limitiert sind.
Dies gilt insbesondere für die nichterneuerbaren Ressourcen1, wozu sowohl die fossilen Energierohstoffe als auch die metallischen Rohstoffe gehören. Ressourcenverknappung wird in den nächsten Jahrzehnten voraussichtlich an Intensität gewinnen, auch wenn zunehmende Rezyklierungsaktivität diese Entwicklung dämpft. Neben dieser direkten Limitierung durch die Knappheit der Ressource existiert auch eine indirekte Limitierung. Mit zunehmendem Fortschritt des Primärressourcenabbaus treten sukzessive mehrere physische und ökologische Beschränkungen auf.
Wichtige Beschränkungen sind der „ökologische Rucksack" inklusive der „grauen Energie" der Rohstoff- und Güterproduktion (Knappheit der Energie, CO2-Äquivalente), die diffusen Emissionen während und nach der Nutzung (Human- und Ökotoxizität), der Deponieraum (anfallende Menge) und das Deponieverhalten (Toxizität). Da die fortschreitende Urbanisierung langfristig zu Verknappungsproblemen in verschiedenen Bereichen (Güter, Landnutzung, Energie) führt, ist eine nachhaltige Ressourcenbewirtschaftung anzustreben.
Eine Entwicklung wird „nachhaltig" genannt, wenn sie eine Deckung der gegenwärtigen Bedürfnisse gewährleistet, ohne gleichzeitig den späteren Generationen die Möglichkeit zur Deckung der ihren zu verbauen („Agenda 21")(UNCED 1992). Zur langfristigen Wahrung der Existenzgrundlagen fordert das Kapitalstockmodell der Weltbank die Fähigkeit, von den „Zinsen des Kapitals" zu leben, wobei Kapital nicht nur das wirtschaftliche, sondern auch das ökologische und das soziale Kapital als Wert erfasst, den es zu wahren oder zu mehren gilt (IDARIO 2001).
Nach der Enquete- Kommission des Deutschen Bundestages Schutz des Menschen und der Umwelt sind nichterneuerbare Ressourcen nur in dem Umfang zu nutzen, in dem ein physisch und funktionell gleichwertiger Ersatz in Form erneuerbarer Ressourcen oder ein Ausgleich durch eine höhere Produktivität der erneuerbaren und nicht-erneuerbaren Ressourcen geschaffen wird (ENQUETEKOMMISSION DES DT. BUNDESTAGS 1993).
Dank
8
Zusammenfassung
10
Abstract
12
Inhaltsverzeichnis
14
1 Einleitung
16
1.1 Ausgangslage und Motivation
16
1.2 Die Ressource Kupfer
19
1.3 Ziel und Forschungsfragen
21
1.4 Aufbau der Arbeit
21
2 Methoden
22
2.1 Methodisches Konzept
22
2.2 Stoffflussanalyse für den regionalen Kupferhaushalt
25
2.3 Charakterisierung der Lager im Gebäudebereich
31
2.4 Erfassung der Lager im Gebäudebereich
39
2.5 Charakterisierung der Lager im Infrastrukturbereich
54
2.6 Erfassung der Lager im Infrastrukturbereich
59
2.7 Charakterisierung und Erfassung weiterer Lager
67
2.8 Historische Entwicklung der anthropogenen
69
Kupferlager
69
3 Resultate
74
3.1 Die historische Aussenhandelsbilanz
74
3.2 Kupferlager im Gebäudebereich
77
3.3 Kupferlager im Infrastrukturbereich
91
3.4 Weitere Kupferlager
99
3.5 Historische Entwicklung der anthropogenen
101
Kupferlager
101
4 Diskussion
110
4.1 Aufbau der urbanen Kupferlagerstätten der Schweiz
110
4.2 Qualitative Ursachen für den Aufbau eines Teillagers
119
4.3 Unsicherheiten der Kupferlager
121
4.4 Vergleich mit anderen Stoffen
126
4.5 Regionale Unterschiede urbaner Kupferlagerstätten
128
4.6 Evaluation von Abrieb- und Abschwemmpotentialen
131
5 Dynamisches Modell Cuprum
134
5.1 Einleitung
134
5.2 Mathematische Beschreibung
136
5.3 Kalibrierung
147
5.4 Resultate
153
5.5 Szenarien zum Umbau des Gebäudebestandes
168
6 Schlussfolgerungen und Ausblick
176
6.1 Zur Methode der Exploration urbaner Lagerstätten
176
6.2 Zum Entwurf einer Bewirtschaftungsstrategie
178
7 Abkürzungen
180
8 Glossar
182
9 Literaturverzeichnis
188
A.1 Gebäude
201
A.1.1 Gebäudebestand
201
A.1.2 Umfang der Produktgruppen
203
A.1.3 Referenzgebäude
204
A.1.4 Spezifische Masse
206
A.1.5 Installationsdichte
209
A.1.6 Häufigkeiten
217
A.1.7 Historische Entwicklung des Hauptlagers Gebäude
222
A.1.8 Einfluss langanhaltender Renovationszyklen auf das
224
Hauptlager Gebäude
224
A.2 Infrastruktur
227
A.2.1 Stromnetz
227
A.2.2 Verkehrsnetze der Schweiz
229
A.3 Übersicht über die Lager
231
A.3.1 Die urbanen Lagerstätten der Schweiz
231
A.3.2 Unsicherheitsanalyse der Hochrechnungen
232
A.3.3 Wachstumskurven
239
A.4 Modell
241
A.4.1 System
241
A.4.2 Systemvariablen und Unbekannte
241
A.4.3 Modellparameter
245
A.4.4 Systemgleichungen
252
A.4.5 Bewertungskriterien
260
A.4.6 Kalibrierung des Modells Cuprum
261
A.5 Literaturverzeichnis des Anhangs
277
Curriculum vitae
279