Die Energiewende hat ein Paradox geschaffen. Sie soll Deutschland unabhängiger von fossilen Energieträgern machen – und erzeugt gleichzeitig neue Abhängigkeiten bei den Rohstoffen, aus denen ihre Technologien bestehen. Lithium, Nickel, Kobalt, Graphit, Platin, Iridium, Kupfer, Silber und Seltene Erden sind zu strategischen Ressourcen geworden. Wer über die Zukunft von Batterien, Wasserstoff und Photovoltaik spricht, spricht deshalb zwangsläufig auch über Geologie, Chemie und industrielle Macht.
Ursula von der Leyen hat das Problem bereits vor einigen Jahren ungewöhnlich prägnant beschrieben: „Wir importieren Lithium für Elektroautos, Platin für die Wasserstoffproduktion, Silizium für Solarmodule. 98 Prozent der Seltenen Erden, die wir brauchen, kommen von einem einzigen Zulieferer – China. Und das ist nicht nachhaltig.“ Die Aussage beschreibt den Kern eines Problems, das inzwischen weit über die klassische Rohstoffpolitik hinausreicht. Die Frage lautet nicht mehr allein, wo die Rohstoffe liegen. Sie lautet zunehmend, wer sie fördern, verarbeiten, recyceln und letztlich in industrielle Produkte verwandeln kann.
Die Rohstofffalle
Die Energiewende ist auch eine Materialwende. Sie ersetzt den kontinuierlichen Verbrauch fossiler Energieträger durch den Aufbau einer gewaltigen physischen Infrastruktur: Solarmodule, Windkraftanlagen, Stromnetze, Batterien, Elektrolyseure und Speicher.
Damit verschiebt sich auch die Art der Abhängigkeit. Öl und Gas werden verbrannt und müssen deshalb ständig neu importiert werden. Metalle und andere mineralische Rohstoffe dagegen werden in Anlagen und Produkten gebunden. Sie verschwinden nicht. Aber sie müssen gewonnen, verarbeitet und nach dem Ende der Nutzung wieder verfügbar gemacht werden. Gerade bei Photovoltaik wird die Dimension sichtbar. Eine Solaranlage besteht nicht nur aus Silizium. Sie benötigt unter anderem Glas, Aluminium, Kupfer und Silber. Ältere Analysen zeigen, dass insbesondere Silber und bestimmte Materialien der Halbleiter- und Zelltechnik für die Versorgungssicherheit relevant sein können. Gleichzeitig ist die gesamte PV-Wertschöpfungskette stark international konzentriert.
Damit entsteht ein neues strategisches Ziel: Nicht nur die Förderung von Primärrohstoffen muss resilienter werden. Auch die Rückgewinnung bereits vorhandener Materialien muss zu einer industriellen Schlüsseltechnologie werden. Der Rohstoffforscher Jens Gutzmer hat diesen Wandel mit einem bemerkenswert einfachen Satz beschrieben: „Gerade bauen wir ja kaum etwas ab, sondern vor allem auf.“ Das ist mehr als eine Beschreibung des gegenwärtigen Zustands. Es ist ein Hinweis auf die mögliche Rohstoffquelle der Zukunft. Die Milliarden von Produkten, die heute für die Energiewende hergestellt werden, bilden gewissermaßen eine riesige anthropogene Lagerstätte.
Das Bergwerk steht künftig auch in der Fabrik
Die Vorstellung vom Recycling muss sich deshalb verändern. Lange galt Recycling vor allem als Entsorgungstechnik: Ein Produkt erreicht das Ende seiner Lebensdauer, wird zerlegt und die verwertbaren Bestandteile werden zurückgewonnen. Für die Energiewende reicht das nicht. Wenn ein Solarmodul mehrere Jahrzehnte Strom produziert hat, befinden sich darin weiterhin hochwertige Materialien. Die entscheidende Frage ist, ob diese Materialien mit ausreichender Reinheit und zu vertretbaren Kosten zurückgewonnen werden können. Das ist ein erheblicher Unterschied. Ein Recyclingprozess, der vor allem Glas und Aluminium zurückgewinnt, erfüllt zwar seinen Zweck. Ein Verfahren, das zusätzlich Silber, Silizium und Kupfer in separaten Materialfraktionen zurückführt, erzeugt dagegen eine neue Rohstoffquelle. Genau an diesem Punkt beginnt die eigentliche Materialrevolution des Recyclings.
Ein Solarmodul als Rohstofflager
Wie das aussehen kann, zeigt das Magdeburger Cleantech-Unternehmen SOLAR MATERIALS. Das 2021 gegründete Unternehmen hat ein thermomechanisches Verfahren entwickelt, das die Konstruktion eines Solarmoduls gewissermaßen rückwärts durchläuft. Statt Glas, Aluminium, Silizium, Silber, Kupfer und Kunststoffe miteinander zu verbinden, werden die Materialverbünde am Ende des Produktlebens wieder voneinander getrennt. Das Verfahren kommt nach Angaben des Unternehmens ohne chemische Zusätze aus und gewinnt die einzelnen Materialfraktionen separat zurück. SOLAR MATERIALS gibt eine Rückgewinnungsquote von bis zu 99 Prozent an. Seit 2023 ist das Unternehmen als Erstbehandlungsanlage und Entsorgungsfachbetrieb nach ElektroG zertifiziert; die industrielle Anlage in Magdeburg verfügt inzwischen über eine Kapazität von 14.000 Tonnen Solarmodulen pro Jahr.
Das Entscheidende ist dabei nicht allein die Recyclingquote
Es ist die Qualität der zurückgewonnenen Materialien. Klassische Zerkleinerungsverfahren können Materialgemische erzeugen, in denen sich beispielsweise Glas, Kunststoff, Metall und Zellbestandteile vermischen. Das reduziert die Möglichkeiten einer hochwertigen weiteren Nutzung. SOLAR MATERIALS verfolgt dagegen einen anderen Ansatz: Die ursprüngliche Verbindung der Materialien soll möglichst weitgehend rückgängig gemacht werden. Man könnte deshalb von einer „umgekehrten Produktion“ sprechen. Was die Solarindustrie einst zusammengebaut hat, wird wieder in einzelne Rohstoffströme zerlegt.
Recycling wird zur Roboterindustrie
Interessant ist dabei eine zweite Entwicklung: Die Kreislaufwirtschaft wird selbst zu einem Hightech-Sektor. Bei SOLAR MATERIALS übernehmen Industrieroboter wesentliche Teile des Materialhandlings. Wie das Fachmagazin *MM MaschinenMarkt* berichtet, werden fünf ABB-Roboter unter anderem dafür eingesetzt, Module zu bewegen, Wasser abzuführen, Kabel und Anschlussboxen zu entfernen und die Module den einzelnen Bearbeitungsstationen zuzuführen. Kamerasysteme erkennen unterschiedliche Module und ermöglichen eine automatisierte Anpassung der Bewegungsabläufe.
Das klingt zunächst nach einem Detail der Produktion. Tatsächlich ist es ein Schlüssel für die wirtschaftliche Perspektive des Recyclings. Denn eine Kreislaufwirtschaft funktioniert nicht allein deshalb, weil ein Material technisch recycelbar ist. Sie muss auch schnell, zuverlässig und kostengünstig funktionieren. Jan Bargel, Mitgründer und CTO von SOLAR MATERIALS, beschreibt genau diesen Zusammenhang: Nachhaltigkeit müsse sich in Taktzeit, Materialfluss und Fehlerfreiheit einer industriellen Anlage abbilden lassen. Damit wird Recycling zu einer klassischen industriellen Optimierungsaufgabe. Roboter, Sensorik, Machine Vision, Prozesssteuerung und Materialwissenschaft treffen aufeinander. Das ist eine bemerkenswerte Verschiebung: Die Fabrik der Zukunft produziert nicht nur neue Materialien. Sie baut alte Materialien wieder auseinander.
Silber wird plötzlich zum strategischen Material
Besonders interessant ist die Rolle des Silbers. In der Photovoltaik werden Silberpasten beziehungsweise Silberkontakte für die elektrische Verschaltung der Solarzellen eingesetzt. Der einzelne Anteil ist klein – aber über Millionen und künftig Milliarden von Modulen entsteht daraus ein relevanter Rohstoffstrom. Genau deshalb kann die Materialeffizienz der Solarzelle zu einem strategischen Faktor werden. Die Industrie arbeitet daran, den Silberverbrauch weiter zu reduzieren und durch günstigere und besser verfügbare Materialien wie Kupfer zu ersetzen. Gleichzeitig gewinnt die Rückgewinnung des bereits eingesetzten Silbers an Bedeutung.
Das verändert die Logik der Rohstoffversorgung: Ein Teil des künftigen Silberbedarfs könnte nicht aus einer neuen Mine, sondern aus den alten Solarmodulen der ersten großen Photovoltaikwelle kommen. Die alte Anlage wird zur Rohstofflagerstätte der neuen.
Die Solarzelle wird effizienter – und materialärmer
Damit entsteht eine zweite Antwort auf die Rohstofffrage: Nicht nur Recycling, sondern auch Materialsubstitution und Materialeffizienz. Die Photovoltaik verändert sich deshalb auf mehreren Ebenen gleichzeitig. Perowskit-Silizium-Tandemzellen gehören zu den interessantesten Entwicklungen. Sie kombinieren zwei lichtabsorbierende Materialien und können dadurch unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums effizienter nutzen als eine reine Siliziumzelle.
Im Labor haben Tandemzellen inzwischen Wirkungsgrade von deutlich über 30 Prozent erreicht. Der entscheidende Schritt besteht nun darin, diese Leistungen dauerhaft, reproduzierbar und zu industriellen Kosten zu erreichen. Dabei geht es um weit mehr als den Wirkungsgrad. Jede zusätzliche Prozentzahl kann bedeuten, dass auf derselben Fläche mehr elektrische Energie erzeugt wird. Gleichzeitig kann eine effizientere Zelle den Materialbedarf pro erzeugter Kilowattstunde senken. Die Materialrevolution arbeitet damit in zwei Richtungen: Sie sucht nach besseren Materialien und gleichzeitig nach weniger Material pro Funktion.
Die Solarzelle verlässt das Siliziumzeitalter nicht – sie erweitert es
Silizium wird dabei nicht verschwinden. Wahrscheinlicher ist eine Entwicklung, in der Silizium die Basis bildet und neue Materialien seine physikalischen Grenzen erweitern. Perowskite sind dafür ein Beispiel. Organische und gedruckte Photovoltaik verfolgen einen anderen Weg. Sie setzen auf extrem dünne, leichte und flexible Schichten, die sich potenziell auf Oberflächen aufbringen lassen, auf denen klassische Glasmodule nicht eingesetzt werden können. Fenster, Fassaden, Fahrzeuge oder leichte Konstruktionen könnten dadurch zu Energieerzeugern werden.
Die Vision der Photovoltaik verschiebt sich damit von der klassischen Solaranlage hin zu einer allgegenwärtigen Energieoberfläche. Doch auch hier gilt: Eine neue Technologie ist erst dann nachhaltig, wenn ihr gesamter Lebenszyklus funktioniert. Die Frage nach der Herstellung muss deshalb unmittelbar von der Frage nach dem Recycling begleitet werden.
Design for Recycling
Genau hier liegt eine der vielleicht wichtigsten Aufgaben der kommenden Jahre. Heute werden Materialien in einem Produkt häufig nach ihrer Funktion optimiert. Die Frage, wie sie am Ende wieder voneinander getrennt werden können, kommt später. Das kann sich die Energiewende nicht leisten. Ein Solarmodul, eine Batterie oder ein Elektrolyseur sollte künftig bereits bei seiner Entwicklung daraufhin untersucht werden, wie seine Materialien am Ende der Nutzung wieder getrennt werden können. Design for Recycling wird damit zu einer eigenen Materialdisziplin.
Es geht um Klebstoffe, Beschichtungen, Polymere, Verbindungstechniken und Schichtaufbauten. Ein Material, das im Betrieb hervorragend funktioniert, kann für die Kreislaufwirtschaft problematisch sein, wenn es am Ende eine sortenreine Rückgewinnung verhindert. Die Materialwissenschaft muss deshalb lernen, zwei Lebensphasen gleichzeitig zu denken: die Zeit, in der ein Material seine Funktion erfüllt – und die Zeit danach.
Recycling ist auch Klimaschutz
Die ökologische Bedeutung geht über die Vermeidung von Abfall hinaus. Sekundärrohstoffe benötigen häufig deutlich weniger Energie als die Gewinnung und Aufbereitung von Primärrohstoffen. SOLAR MATERIALS beziffert für die von dem Unternehmen zurückgewonnenen Materialien eine mögliche Einsparung von bis zu 95 Prozent beim Energieaufwand und bis zu 80 Prozent bei den CO₂-Emissionen gegenüber Primärrohstoffen. Diese Angaben beziehen sich auf die Unternehmensberechnungen und sollten entsprechend als solche eingeordnet werden.
Der Effekt ist dennoch grundlegend: Je häufiger ein Material in einem industriellen Kreislauf gehalten werden kann, desto weniger Primärmaterial muss neu gewonnen werden. Das gilt besonders für Metalle. Kupfer, Aluminium, Silber oder andere wertvolle Materialien verschwinden nicht, wenn ein Produkt ausgedient hat. Sie wechseln lediglich ihren Aufenthaltsort. Die entscheidende Frage lautet deshalb: Können wir sie wiederfinden?
Das eigentliche Bergwerk der Energiewende
Damit verändert sich auch die politische Perspektive: Europa kann versuchen, möglichst viele neue Rohstoffquellen zu erschließen. Es wird dies auch tun müssen. Aber Bergbau allein kann die neue Rohstoffstrategie nicht tragen. Die zweite Säule ist die Rückgewinnung. Batterien werden zu Rohstofflagern für Lithium, Nickel, Kobalt, Kupfer und andere Materialien. Elektromotoren enthalten wertvolle Magnetwerkstoffe. Windkraftanlagen liefern Metalle und Verbundmaterialien. Und die Photovoltaik entwickelt sich zu einer riesigen zukünftigen Quelle für Glas, Aluminium, Kupfer, Silizium und Silber. Die Energiewende produziert damit nicht nur Energieanlagen. Sie produziert gleichzeitig die Rohstofflager der nächsten Generation.
Die eigentliche Materialrevolution
Die Energiewende entscheidet sich deshalb nicht allein zwischen Kohle, Gas, Wind und Sonne. Sie entscheidet sich zwischen unterschiedlichen Materialsystemen. Die zentrale Frage lautet: Können wir eine Energieinfrastruktur bauen, die nicht nur emissionsarm, sondern auch rohstoffsicher, reparierbar und kreislauffähig ist? Dafür braucht es neue Batterien, neue Katalysatoren, neue Solarzellen und neue Recyclingverfahren. Vor allem aber braucht es eine andere Vorstellung davon, was ein Werkstoff ist.
Ein Material ist künftig nicht mehr nur das, woraus ein Produkt besteht. Es ist Teil eines Systems aus Rohstoffgewinnung, Produktion, Nutzung, Wiederverwendung und Rückgewinnung. Die Geschichte der Energiewende endet deshalb nicht mit der Installation eines Solarmoduls. Sie beginnt dort erst richtig. Denn wenn dieses Modul nach Jahrzehnten keinen Strom mehr produziert, entscheidet sich, ob die darin gebundenen Rohstoffe verloren gehen – oder ob aus dem alten Modul bereits das Material für die nächste Generation wird.
Die Materialrevolution der Energiewende könnte deshalb am Ende weniger darin bestehen, immer neue Rohstoffe zu finden. Sondern vielmehr darin, die Rohstoffe, die wir bereits besitzen, nicht mehr zu verlieren.