Die zweite Seite der Energiewende

Ursula von der Leyen brachte das Problem schon vor Jahren auf den Punkt: „Wir importieren Lithium für Elektroautos, Platin für die Wasserstoffproduktion, Silizium für Solarmodule. 98 Prozent der Seltenen Erden kommen von einem einzigen Zulieferer – China. Das ist nicht nachhaltig.“ Dieser Satz beschreibt eine Realität, die längst über die klassische Rohstoffpolitik hinausgeht. Längst geht es nicht mehr nur darum, in welchen Böden die Schätze schlummern. Die entscheidende Frage lautet: Wer kann sie fördern, verarbeiten, recyceln und am Ende in funktionierende Produkte verwandeln?

Am Ende ist die Energiewende vor allem eines: eine gigantische Materialwende. An die Stelle von Kohle-, Öl- und Gaslieferungen tritt der Aufbau einer enormen physischen Infrastruktur. Solarparks, Windräder, Stromnetze, Speicher und Elektrolyseure müssen erst einmal gebaut werden.

Das verändert auch die Logik der Abhängigkeit. Öl und Gas verbrennen unwiederbringlich und verlangen nach ständigem Nachschub. Metalle und Mineralien hingegen bleiben in Anlagen stecken. Sie lösen sich nicht in Luft auf. Aber man muss sie gewinnen, verarbeiten und am Ende ihrer Nutzungsdauer wieder verfügbar machen.

Wie massiv dieser Umbau ist, zeigt die Photovoltaik. In einer Solaranlage steckt weit mehr als nur Silizium. Es braucht Glas, Aluminium, Kupfer und kostbares Silber. Gerade Silber und spezielle Zellmaterialien gelten in der Lieferkette als kritische Nadelöhre – zumal die weltweite Produktion extrem stark konzentriert ist.

Das erzwingt ein neues Denken: Wer unabhängig bleiben will, darf nicht nur nach neuen Minen suchen. Er muss die Rückgewinnung bereits genutzter Materialien als industrielle Schlüsseldisziplin aufbauen. Der Rohstoffforscher Jens Gutzmer hat das treffend zusammengefasst: „Gerade bauen wir ja kaum etwas ab, sondern vor allem auf.“ Was heute auf den Dächern installiert wird, bildet die Riesen-Lagerstätte von morgen.

Recycling galt lange als staubiges Entsorgungsgeschäft: Ein Gerät geht kaputt, fliegt auf den Schrott, wird zerlegt und grob verwertet. Für die Energiewende reicht das bei weitem nicht mehr. Wenn ein Solarmodul nach Jahrzehnten vom Dach montiert wird, stecken darin immer noch wertvolle Rohstoffe. Entscheidend ist, ob man diese Stoffe extrem rein und zu vertretbaren Kosten zurückgewinnen kann. Schreddert man ein Modul so, dass am Ende nur Glas und Aluminium übrig bleiben, ist zwar etwas gewonnen, aber vieles verloren. Trennt man hingegen auch Silber, Kupfer und hochreines Silizium sauber voneinander, entsteht eine vollwertige, neue Rohstoffquelle. Genau an dieser Schnittstelle entscheidet sich die Materialrevolution.

Wie das in der Praxis funktioniert, zeigt das Magdeburger Cleantech-Start-up SOLAR MATERIALS. Das 2021 gegründete Unternehmen dreht den Herstellungsprozess eines Moduls am Lebensende einfach wieder um.

Ein thermomechanisches Verfahren zerlegt die fest miteinander verbundenen Schichten ganz ohne chemische Zusätze. Am Ende liegen Glas, Aluminium, Silizium, Kupfer und Silber wieder sortenrein vor. Das Unternehmen gibt eine Rückgewinnungsquote von bis zu 99 Prozent an. Die zertifizierte Anlage in Magdeburg verarbeitet mittlerweile rund 14.000 Tonnen Altmodule pro Jahr.

Herkömmliche Schredder hinterlassen meist ein bunt gemischtes Schrottgemisch, das sich kaum noch hochwertig nutzen lässt. SOLAR MATERIALS setzt genau an der Gegenposition an: Die ursprüngliche Verbindung der Bauteile wird gezielt aufgelöst. Man könnte von einer „umgekehrten Produktion“ sprechen. Was die Solarindustrie einst zusammengefügt hat, wird wieder in seine Einzelteile zerlegt.

Dabei verwandelt sich die Kreislaufwirtschaft selbst in eine Hightech-Branche. Bei SOLAR MATERIALS steuern Industrieroboter den Prozess. Wie das Fachmagazin MM MaschinenMarkt berichtet, bewegen Robotersysteme von ABB die schweren Module, lassen Restwasser ab, trennen Kabel ab und füttern die jeweiligen Bearbeitungsstationen. Kamerasysteme erkennen die unterschiedlichen Modultypen im Bruchteil einer Sekunde und passen die Greifarme automatisch an.

Das ist keine Spielerei, sondern eine wirtschaftliche Notwendigkeit. Recycling funktioniert im Maßstab nur dann, wenn es extrem schnell, präzise und kostengünstig abläuft. Jan Bargel, Mitgründer und CTO des Unternehmens, bringt es auf den Punkt: Echte Nachhaltigkeit muss sich in Taktzeiten, Materialflüssen und fehlerfreien Abläufen messen lassen. Hier verschmelzen Robotik, Bildverarbeitung, Sensorik und Materialwissenschaft zu einer völlig neuen Industrie. Die Fabrik der Zukunft stellt nicht nur Neues her – sie baut Altes hochpräzise auseinander.

Besonders spannend ist der Blick auf das Silber. Solarmodule nutzen feine Silberpasten als Leiterbahnen auf den Zellen. Pro Modul ist das nicht viel. Rechnet man das aber auf Hunderte Millionen Module hoch, entstehen gigantische Mengen. Die Industrie versucht bereits, Silber durch günstigere Alternativen wie Kupfer zu ersetzen. Gleichzeitig wird das Recycling des verbauten Silbers immer wichtiger. Die Versorgungslogik kippt: Ein großer Teil des künftigen Silberbedarfs wird nicht aus tiefen Minen kommen, sondern aus den Solarparks der ersten Generation. Die alte Anlage wird zum Rohstofflieferanten für die neue.

Parallel zum Recycling tüftelt die Forschung an einer zweiten Antwort auf den Rohstoffmangel: Material sparen und durch bessere Stoffe ersetzen. Ein Hoffnungsträger sind sogenannte Perowskit-Silizium-Tandemzellen. Sie kombinieren zwei verschiedene Lichtabsorber und nutzen so ein deutlich breiteres Spektrum des Sonnenlichts aus als reine Siliziumzellen. Im Labor erreichen diese Zellen bereits Wirkungsgrade von über 30 Prozent. Gelingt der Schritt in die Massenfertigung, erzeugt dieselbe Fläche deutlich mehr Strom – und der Materialeinsatz pro erzeugter Kilowattstunde sinkt drastisch.

Silizium wird deshalb keineswegs verschwinden. Es behält seine Rolle als Fundament, bekommt aber Verstärkung. Gedruckte oder organische Photovoltaik geht sogar noch einen Schritt weiter: Sie setzt auf hauchdünne, biegsame Schichten, die sich auf Oberflächen aufbringen lassen, für die klassische Glasmodule schlicht zu schwer sind. Fenster, Häuserfassaden, Fahrzeugdächer oder Leichtbauhallen werden so zu Stromerzeugern. Die Solaranlage verwandelt sich von der starren Dachplatte zur allgegenwärtigen Energieoberfläche. Doch auch hier gilt: Nachhaltig ist eine Technologie erst dann, wenn ihr gesamter Lebenszyklus durchdacht ist. Die Recyclingfrage muss von Tag eins an mitgedacht werden.

Genau hier liegt die größte Aufgabe für Ingenieure: Heute entwickeln Entwickler Produkte primär für ihre Funktion. Wie man die Materialien Jahrzehnte später wieder auseinanderbekommt, interessiert oft erst einmal niemanden. Diesen Luxus kann sich die Energiewende nicht mehr leisten. Ob Solarmodul, Akku oder Elektrolyseur: Jedes Bauteil gehört schon auf dem Reißbrett daraufhin geprüft, wie leicht es sich später zerlegen lässt. Welcher Klebstoff lässt sich rückstandslos lösen? Welche Beschichtung verhindert die Sortenreinheit? Die Materialwissenschaft muss lernen, das Lebensende eines Produkts von Anfang an mitzukonstruieren.

Wer Rohstoffe im Kreis führt, spart nicht nur Müll, sondern gewaltige Mengen Energie. Die Aufbereitung von Sekundärmaterialien benötigt oft nur einen Bruchteil der Energie, die der Bergbau und die Erstverarbeitung verschlingen würden. SOLAR MATERIALS schätzt die Ersparnis bei den eigenen Verfahren auf bis zu 95 Prozent weniger Energiebedarf und 80 Prozent weniger CO₂-Emissionen im Vergleich zu Primärrohstoffen.

Die Mechanik ist simpel: Je mehr Metalle wie Kupfer, Aluminium oder Silber im Kreislauf bleiben, desto weniger Raubbau muss die Natur erleiden. Die Stoffe verschwinden schließlich nicht, wenn ein Produkt ausgedient hat. Sie ändern nur ihren Ort. Die entscheidende Frage lautet schlicht: Haben wir die Werkzeuge, um sie zurückzuholen?

Damit verändert sich natürlich auch  die gesamte Rohstoffstrategie. Europa wird neue Minen erschließen müssen, gar keine Frage. Aber Bergbau allein wird die Lücke nicht schließen. Die zweite Säule steht mitten in unseren Städten und Industriegebieten. Ausgediente Akkus werden zu Vorkommen für Lithium, Nickel und Kobalt. Alte Elektromotoren liefern seltene Magnete. Windräder spenden Tonnen an Metallen. Und die Photovoltaik entwickelt sich zum gigantischen Lager für Glas, Silizium, Kupfer und Silber. Die Energiewende baut sich ihre Rohstoffquellen von morgen heute selbst auf.

Am Ende entscheidet sich das Gelingen der Energiewende nicht nur an der Frage, ob der Strom aus Sonne oder Wind kommt. Es ist ein Wettlauf der Materialsysteme. Schaffen wir es, eine Infrastruktur aufzubauen, die nicht nur wenig CO₂ ausstößt, sondern auch rohstoffsicher, reparierbar und kreislauffähig ist? Dafür braucht es neue Zellen, bessere Katalysatoren und schlauere Recyclingverfahren. Vor allem aber braucht es einen neuen Blick auf die Dinge: Ein Werkstoff ist nicht mehr nur das, woraus ein Gegenstand besteht. Er ist Teil eines ewigen Kreislaufs. Die Geschichte eines Solarmoduls endet nicht an dem Tag, an dem es ans Netz geht. Wenn es nach Jahrzehnten seinen Dienst quittiert, entscheidet sich, ob wertvolle Ressourcen verloren gehen – oder ob aus den Trümmern des alten Moduls bereits die Energieversorgung der nächsten Generation entsteht.