Elektroniker für Gebäudesystemintegration/Elektronikerin für Gebäudesystemintegration

Wichtiger Hinweis

Die Tabelle 1 „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“ und Tabelle 2 der „Berufsprofilgebenden Berufsbildpositionen“ ist für alle Fachrichtungen der Ausbildung zum Elektroniker und zur Elektronikerin gültig, aber sie wurde nicht in Anlehnung an die fachrichtungsspezifischen Ausbildungen sondern in Anlehnung an die Ausbildungsordnung zum Elektroniker und Elektronikerin erstellt (vgl. BGBl 2021 und KMK 2020).

Einleitung

BBNE und BNE - Ziele der Projektagentur PA-BBNE

Das Ziel der „Projektagentur Berufliche Bildung für Nachhaltige Entwicklung“ (PA-BBNE) ist die Entwicklung von Materialien, die die um Nachhaltigkeit erweiterte neue Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“ mit Leben füllen soll. Mit „Leben zu füllen“ deshalb, weil „Nachhaltigkeit“ ein Ziel ist und wir uns den Weg suchen müssen. Wir wissen beispielsweise, dass die Energieversorgung künftig klimaneutral sein muss. Mit welchen Technologien wir dies erreichen wollen und wie unsere moderne Gesellschaft und Ökonomie diese integriert, wie diese mit Naturschutz und Sichtweisen der Gesellschaft auszugestalten sind, ist noch offen.

Um sich mit diesen Fragen zu beschäftigen, entwickelt die PA-BBNE Materialien, die von unterschiedlichen Perspektiven betrachtet werden:

Zum einen widmen wir uns der beruflichen Ausbildung, denn die nachhaltige Entwicklung der nächsten Jahrzehnte wird durch die jungen Generationen bestimmt werden. Die duale berufliche Ausbildung orientiert sich spezifisch für jedes Berufsbild an den Ausbildungsordnungen (betrieblicher Teil der Ausbildung) und den Rahmenlehrplänen (schulischer Teil der Ausbildung) . Hierzu haben wir dieses Impulspapier erstellt, das die Bezüge zur wissenschaftlichen Nachhaltigkeitsdiskussion praxisnah aufzeigt.
Zum anderen orientieren wir uns an der Agenda 2030. Die Agenda 2030 wurde im Jahr 2015 von der Weltgemeinschaft beschlossen und ist ein Fahrplan in die Zukunft (Bundesregierung o. J.). Sie umfasst die sogenannten 17 Sustainable Development Goals (SDGs), die jeweils spezifische Herausforderungen der Nachhaltigkeit benennen (vgl. Destatis). Hierzu haben wir ein Hintergrundmaterial (HGM) im Sinne der Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE, vgl. BMBF o. J.) erstellt, das spezifisch für unterschiedliche Berufe ist.

Die Materialien der Projektagentur

Die neue Standardberufsbildposition gibt aber nur den Rahmen vor. Selbst in novellierten Ausbildungsordnungen in Berufen mit großer Relevanz für wichtige Themen der Nachhaltigkeit wie z. B. dem Klimaschutz werden wichtige Fähigkeiten, Kenntnissen und Fertigkeiten in den berufsprofilgebenden Berufsbildpositionen nicht genannt – obwohl die Berufe deutliche Beiträge zum Klimaschutz leisten könnten. Deshalb haben wir uns das Ziel gesetzt, Ausbildenden und Lehrkräften Hinweise im Impulspapier zusammenzustellen im Sinne einer Operationalisierung der Nachhaltigkeit für die unterschiedlichen Berufsbilder. Zur Vertiefung der stichwortartigen Operationalisierung wird jedes Impulspapier ergänzt durch eine umfassende Beschreibung derjenigen Themen, die für die berufliche Bildung wichtig sind. Dieses sogenannte Hintergrundmaterial orientiert sich im Sinne von BNE an den 17 SDGs, ist faktenorientiert und wurde nach wissenschaftlichen Kriterien erstellt. Ergänzt werden das Impulspapier und das Hintergrundmaterial durch einen Satz von Folien, die sich den Zielkonflikten widmen, da „Nachhaltigkeit das Ziel ist, für das wir den Weg gemeinsam suchen müssen“. Und dieser Weg ist nicht immer gleich für alle Branchen, Betriebe und beruflichen Handlungen, da unterschiedliche Rahmenbedingungen in den drei Dimensionen der Nachhaltigkeit – Ökonomie, Ökologie und Soziales – gelten können. Wir haben deshalb die folgenden Materialien entwickelt:

BBNE-Impulspapier (IP): Betrachtung der Schnittstellen von Ausbildungsordnung, Rahmenlehrplan und den Herausforderungen der Nachhaltigkeit in Anlehnung an die SDGs der Agenda 2030. Das Impulspapier ist spezifisch für einen Ausbildungsberuf erstellt, fasst aber teilweise spezifische Ausbildungsgänge zusammen (z. B. den Fachmann und die Fachfrau zusammen mit der Fachkraft sowie die verschiedenen Fachrichtungen)
BBNE-Hintergrundmaterial (HGM): Betrachtung der SDGs unter einer wissenschaftlichen Perspektive der Nachhaltigkeit im Hinblick auf das Tätigkeitsprofil eines Ausbildungsberufes bzw. auf eine Gruppe von Ausbildungsberufen, die ein ähnliches Tätigkeitsprofil aufweisen;
BBNE-Foliensammlung (FS) und Handreichung (HR): Folien mit wichtigen Zielkonflikten – dargestellt mit Hilfe von Grafiken, Bildern und Smart Arts für das jeweilige Berufsbild, die Anlass zur Diskussion der spezifischen Herausforderungen der Nachhaltigkeit bieten. Das Material liegt auch als Handreichung (HR) mit der Folie und Notizen vor.

Berufliche Bildung für Nachhaltige Entwicklung

Die Standardberufsbildposition “Umweltschutz und Nachhaltigkeit”

Seit August 2021 müssen auf Beschluss der Kultusministerkonferenz (KMK) bei einer Modernisierung von Ausbildungsordnungen die vier neuen Positionen „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“, Digitalisierte Arbeitswelt“, Organisation des Ausbildungsbetriebs, Berufsbildung, Arbeits- und Tarifrecht“ sowie „Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit“ aufgenommen werden (BIBB 2021). Insbesondere die letzten beiden Positionen unterscheiden sich deutlich von den alten Standardberufsbildpositionen.

Diese Positionen begründet das BIBB wie folgt (BIBB o. J.a): „Unabhängig vom anerkannten Ausbildungsberuf lassen sich Ausbildungsinhalte identifizieren, die einen grundlegenden Charakter besitzen und somit für jede qualifizierte Fachkraft ein unverzichtbares Fundament kompetenten Handelns darstellen“ (ebd.).

Die Standardberufsbildpositionen sind allerdings allgemein gehalten, damit sie für alle Berufsbilder gelten (vgl. BMBF 2022). Eine konkrete Operationalisierung erfolgt üblicherweise durch Arbeitshilfen, die für alle Berufsausbildungen, die modernisiert werden, erstellt werden. Die Materialien der PA-BBNE ergänzen diese Arbeitshilfen mit einem Fokus auf Nachhaltigkeit und geben entsprechende Anregungen (vgl. BIBB o. J.b). Das Impulspapier zeigt vor allem in tabellarischen Übersichten, welche Themen der Nachhaltigkeit an die Ausbildungsberufe anschlussfähig sind.

Die neue Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“ ist zentral für eine BBNE, sie umfasst die folgenden Positionen (BMBF 2022).

a) “Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

b) bei Arbeitsprozessen und im Hinblick auf Produkte, Waren oder Dienstleistungen Materialien und Energie unter wirtschaftlichen, umweltverträglichen und sozialen Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit nutzen

c) für den Ausbildungsbetrieb geltende Regelungen des Umweltschutzes einhalten

d) Abfälle vermeiden sowie Stoffe und Materialien einer umweltschonenden Wiederverwertung oder Entsorgung zuführen

e) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln

f) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren”

Die Schnittstellen zwischen der neuen Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit” werden in

Tabelle 1 – Die Standardberufsbildposition “Umweltschutz und Nachhaltigkeit”

fortlaufend aufgezeigt. Mit Ausnahme der Position c) werden in der Tabelle alle Positionen behandelt. Die Position c) wird nicht behandelt, da diese vor allem ordnungsrechtliche Maßnahmen betrifft, die zwingend zu beachten sind. Maßnahmen zur Nachhaltigkeit hingegen sind meist freiwillige Maßnahmen und können, müssen aber nicht durch das Ordnungsrecht geregelt bzw. umgesetzt werden. In der Tabelle werden die folgenden Bezüge hergestellt:

Spalte A: Positionen der Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit”;
Spalte B: Vorschläge für Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten, die im Sinne der nachhaltigen Entwicklung wichtig sind;
Spalte C: Bezüge zur Nachhaltigkeit;
Spalte D: Mögliche Aufgabenstellungen für die Ausbildung im Sinne der Position 3e) „Vorschläge für nachhaltiges Handeln entwickeln“;
Spalte E: Zuordnung zu einem oder mehreren SDGs (Verweis auf das Hintergrundmaterial).

Bildung für nachhaltige Entwicklung

Die Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) meint eine Bildung, die Menschen zu zukunftsfähigem Denken und Handeln befähigt. Sie ermöglicht jedem Einzelnen, die Auswirkungen des eigenen Handelns auf die Welt zu verstehen (BMBF o. J.). BBNE ist somit nur ein Teil von BNE, der an alle Bürger*innen adressiert ist. Eine Entwicklung ist dann nachhaltig, wenn Menschen weltweit, gegenwärtig und in Zukunft würdig leben und ihre Bedürfnisse und Talente unter Berücksichtigung planetarer Grenzen entfalten können. … BNE ermöglicht es allen Menschen, die Auswirkungen des eigenen Handelns auf die Welt zu verstehen und verantwortungsvolle, nachhaltige Entscheidungen zu treffen (ebd.).

Grundlage für BNE ist heutzutage die Agenda 2030 mit ihren 17 SDG (Sustainable Development Goals). Die 17 Ziele bilden den Kern der Agenda und fassen zusammen, in welchen Bereichen nachhaltige Entwicklung gestärkt und verankert werden muss (ebd.). Die Materialien der Projektagentur sollen Lehrkräften an Berufsschulen und Ausbildende dabei helfen, die Ideen der SDG in die Bildungspraxis einzubringen. Sie sind somit ein wichtiges Element insbesondere für das Ziel vier “Hochwertige Bildung”: “Bis 2030 sicherstellen, dass alle Lernenden die notwendigen Kenntnisse und Qualifikationen zur Förderung nachhaltiger Entwicklung erwerben, unter anderem durch Bildung für nachhaltige Entwicklung und nachhaltige Lebensweisen, …” (ebd.).

Während die Grundlage in den Impulspapieren die Ausbildungsordnungen und die Rahmenlehrpläne der beruflichen Bildung waren, die mit den SDG vernetzt wurden, geht das Hintergrundpapier den umgekehrten Weg: Wir betrachten die SDG im Hinblick auf ihre Bedeutung für die berufliche Bildung und stellen uns der Frage, welche Anforderungen ergeben sich aufgrund der SDG und deren Unterziele an die Berufsbildung? Die folgenden Beschreibungen haben deshalb immer die gleiche Struktur:

Es wird das SDG beschrieben.
Es werden relevante Unterziele benannt.
Es wird (wissenschaftlich) ausgeführt, was diese Unterziele für das jeweilige Berufsbild bedeuten.

Glossar

Folgende Abkürzungen werden in diesem Dokument verwendet:

Abkürzung	Bezeichnung
AO	Ausbildungsordnung
BMUV	Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit
Care	Segment der AHV, hier: Krankenhäuser, Pflegeheime
CO2-Äq	Kohlendioxid-Äquivalente
FS	Foliensammlung
HGM	Hintergrundmaterial (wissenschaftliches Begleitmaterial)
IP	Impulspapier (didaktisches Begleitmaterial)
KI	Künstliche Intelligenz
ÖPNV	Öffentlicher Personennahverkehr
RLP	Rahmenlehrplan
SBBP	Standardberufsbildposition
SDG	Sustainable Development Goals
THG	Treibhausgase bzw. CO2-Äquivalente (CO2-Äq)

Quellenverzeichnis

BIBB Bundesinstitut für Berufsbildung (2021): Vier sind die Zukunft. Online: www.bibb.de/dienst/veroeffentlichungen/de/publication/show/17281

BIBB Bundesinstitut für Berufsbildung (o. J.a): FAQ zu den modernisierten Standardberufsbildpositionen. Online: https://www.bibb.de/de/137874.php

BIBB Bundesinstitut für Berufsbildung (o. J.b): Ausbildung gestalten. Online: BIBB / Reihen / Ausbildung gestalten

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung (2022): Digitalisierung und Nachhaltigkeit – was müssen alle Auszubildenden lernen? Online: https://www.bmbf.de/bmbf/de/bildung/berufliche-bildung/rahmenbedingungen-und-gesetzliche-grundlagen/gestaltung-von-aus-und-fortbildungsordnungen/digitalisierung-und-nachhaltigkeit/digitalisierung-und-nachhaltigkeit

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung (o. J.): Was ist BNE? Online: https://www.bne-portal.de/bne/de/einstieg/was-ist-bne/was-ist-bne.html

Bundesregierung (o. J.): Globale Nachhaltigkeitsstrategie – Nachhaltigkeitsziele verständlich erklärt. Online: www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/nachhaltigkeitsziele-verstaendlich-erklaert-232174

Destatis Statistisches Bundesamt (2022): Indikatoren der UN-Nachhaltigkeitsziele. Online: http://sdg-indikatoren.de/

SDG 2 Kein Hunger

“Den Hunger beenden, Ernährungssicherheit und eine bessere Ernährung erreichen und eine nachhaltige Landwirtschaft fördern”

Das SDG 2 zielt primär auf die Welternährung im Kampf gegen den Hunger vor allem durch eine nachhaltigere Landwirtschaft ab. Das Unterziel (Destatis 2022):

2.4 Bis 2030 die Nachhaltigkeit der Systeme der Nahrungsmittelproduktion sicherstellen und resiliente landwirtschaftliche Methoden anwenden, die die Produktivität und den Ertrag steigern, zur Erhaltung der Ökosysteme beitragen, die Anpassungsfähigkeit an Klimaänderungen, extreme Wetterereignisse, Dürren, Überschwemmungen und andere Katastrophen erhöhen und die Flächen- und Bodenqualität schrittweise verbessern.

Elektroniker und Elektronikerinnen sind von den SDGs zumeist nur indirekt betroffen. Es gibt durch die Wertschöpfungskette der genutzten Ressourcen einen Bezug zu zwei Positionen der Standardberufsbildposition:

a) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln

b) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren

Elektronik und Ernährungssicherheit

Für die Ernährungssicherheit ist Elektronik auf der ganzen Welt von größter Bedeutung. Ohne sie ist eine Nahrungsversorgung von 8 Milliarden Menschen nicht möglich. Im Ernährungssektor werden Traktoren, Mähdrescher, Melkmaschinen, Agro-Flugzeuge und landwirtschaftliche Aufbereitungstechnik benötigt. Die Produktion von Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln ist ohne Elektronik in Fabriken nicht möglich. Schiffe und Lastkraftwagen machen es überhaupt erst möglich, 8 Milliarden Menschen weltweit zu ernähren. Ohne Futtermittelimporte aus Brasilien oder Argentinien könnten wir uns unsere fleischlastige Ernährung nicht leisten. Die Nahrungsmittelindustrie benötigt vielfältige Antriebe für die Herstellung von Lebensmitteln wie z. B. Elektromotoren für die Kältetechnik oder Fließbänder, für die Flaschenabfüllung, für die Befüllung und das Schließen von Gemüsekonserven.

Auch die effiziente, landwirtschaftliche Bewässerung ist auf Elektronik für Maschinen und Antriebe angewiesen (UBA 2020). Ohne sie wäre nur eine sehr eingeschränkte Wasserversorgung möglich, Grundwasser kann nicht gefördert werden, aus Brunnen könnte nur mit Muskelkraft oder mechanisch mit Windenergie Wasser gepumpt werden. Eine Bewässerung der Felder z. B. für den Gemüseanbau (wie in Europa häufig) wäre im großtechnischen Maßstab kaum möglich.

Elektronik und das SDG 2

Der Bergbau und die Gewinnung der Metalle für die Elektronik haben lokal oder regional negative Folgen, wenn Umweltschutzbestimmungen zu schwach ausgelegt oder erst gar nicht kontrolliert und eingehalten werden. Dies kann zu einer Verschlechterung der Nahrungsmittelproduktion führen, wenn es zu Konkurrenzen zu den dafür relevanten Umweltgütern kommt. Hierzu einige Beispiele:

Konkurrenz um landwirtschaftliche Flächen: Im Nordosten Sambias liegt die Region Copperbelt auf einem der größten mineralhaltigen Kupferreservoirs der Welt. Aufgrund des feuchten subtropischen Klimas ist die Landwirtschaft die wichtigste Einkommens- und Beschäftigungsquelle des Landes. Die Region ist nach Lusaka das am zweitstärksten besiedelte und dichteste Gebiet in Sambia, 39 Prozent der Bevölkerung leben in städtischen Gebieten. (FAO 2016)
Eingriffe in die lokale Hydrologie: Zur Erzaufbereitung wird viel Wasser den Fließgewässern oder dem Grundwasser entnommen, rund 70 Prozent des Wasser, was zur Herstellung der Metalle dient, wird allein zur Erzaufbereitung genutzt. Der Bergbau konkurriert damit mit der Landwirtschaft, die gleichfalls auf Wasser angewiesen ist (in Gebieten mit Bergbau). Problematisch für die Landwirtschaft ist zudem die Entwässerung der Gruben und zum Teil die Umleitung von Oberflächengewässern. z. B. in der Konkola Kupfermine in Sambia werden aus der Bergwerksentwässerung 400.000 m3 Wasser pro Tag in Oberflächengewässer eingeleitet (BGR2020:8). Dies ermöglicht einen sicheren und effektiven Abbau, ist gleichzeitig aber eine Belastung für die Gewässer, da Salze und Schwermetalle darin enthalten sind. Diese machen den Anbau von Feldfrüchten in der Umgebung unmöglich. Zudem senkt sich durch diesen Wasserverbrauch der Grundwasserspiegel.
Schädigung der Biodiversität:
- Moderne Agrosysteme nutzen vielfältige elektronische Systeme und Antriebstechnik. Zukunftsweisend im Sinne eines minimalen Eintrages an Substanzen in die Umwelt sind z. B. Verfahren, die Dünger, Pestizide und Herbizide quasi nach Bedarf den Pflanzen verabreichen. Hierzu ist eine ausgefeilte “intelligente” Sensorik und Steuerung für den sogenannten integrierten Pflanzenschutz notwendig (vgl. agricon o. J.). Durch den verminderten Eintrag wird eine ohnehin belastete Biodiversität möglichst gering zusätzlich belastet.
- Nur mit Hilfe von Elektronik und Maschinen ist es möglich, Ressourcen in allen Regionen der Welt abzubauen und diese nutzbar zu machen. Ein Beispiel ist die Freigabe eines Gebietes namens “Renca” im brasilianischen Urwald (vgl. FAZ 2017). In dem Gebiet sollen große Mengen an Gold, Kupfer, Eisenerz, Mangan und andere Metalle liegen. Die Erschließung dieses Gebietes, ungefähr die Hälfte Baden-Württembergs, wird die dort liegenden Naturschutzgebiete und indigenen Reservate ohne Frage in Mitleidenschaft ziehen. Wenn dort Metalle im Tagebau gefördert werden würden, würde dies zu einem erheblichen Eingriff in die Biodiversität und die Hydrologie aufgrund der hohen Niederschläge im Amazonas(ebd.) führen.
Belastung von Lebensmitteln durch Transportemissionen: Bis zur Einführung des bleifreien Benzins 1983 gab es eine hohe Belastung von Lebensmitteln mit Blei, welches dem Benzin in einer organischen Form beigemischt wurde um die Verbrennung zu optimieren (UBA 2015:209). Minen und Anlagen zur Verhüttung von Metallen sind außerhalb der hoch entwickelten Länder noch immer eine Quelle für hohe Immissionen in landwirtschaftlichen Produkten. Diese verbleiben nicht nur lokal, sondern werden über die Luftströmungen über alle Kontinente verbreitet, wie sich dies z. B. an den immer noch hohen Bleiwerten in Deutschland zeigt (ebd.).

Elektroniker und Elektronikerinnen können auf die Wertschöpfungskette nur einen geringen Einfluss nehmen. Betriebe ab 3.000 Mitarbeitenden sind jedoch heute schon und ab 2024 Betriebe mit 1.000 Mitarbeitenden (vgl. EQS o. J.) verpflichtet, die Sorgfaltspflichten zu berücksichtigen. Dies bedeutet u. a., sich über die Nachhaltigkeit in ihrer Wertschöpfungskette zu informieren, und bei Missständen (z. B. Kinderarbeit oder Umweltzerstörung) darauf zu reagieren. Sie müssen deshalb global denken und Informationen von ihren Lieferanten einholen. Nachhaltigkeit ist ein globales Ziel, Produkt- und Material“lebensläufe“ können dank moderner und digitaler Technologie transparent gemacht werden. Beispielsweise kann der “ökologische Rucksack” bzw. der “Ressource footprint” hilfreich sein, wie der wupperinst.org/themen/ressourcen/ressourcen-berechnen.

Elektroniker und Landwirtschaft

Der Einsatz digitaler Technologien in der Landwirtschaft findet immer weitere Verbreitung – sowohl im Stall als auch auf dem Feld. Beispiele sind der Einsatz von Sensoren für mehr Tierwohl in der Milchwirtschaft, autonome Fütterungssysteme, die Nutzung von Drohnen für den teilflächenspezifischen Pflanzenschutz oder der Einsatz von Feldrobotern zur Unkrautbekämpfung (Kehl et al. 2021).

Typisch für die Digitalisierung der Landwirtschaft generell sind folgende zwei Eigenschaften: Zum einen kann die landwirtschaftliche Produktion aufgrund der verfügbaren Daten mit einer sehr hohen Präzision erfolgen (teilflächenspezifische Bewirtschaftung / Precision Farming). Zum anderen werden die landwirtschaftlichen Entscheidungen, die früher weitgehend von den Landwirten aufgrund ihres Wissens und ihrer Erfahrungen gefällt wurden, zunehmend von einem vernetzten System übernommen, welches selbstständig Entscheidungsparameter aus mathematischen Modellen zusammenstellt und verarbeitet (Behrendt et al. 2022).

In der Politik wird Digitalisierung als Lösungsansatz angesehen, um den vielfältigen Herausforderungen an die Landwirtschaft (Wettbewerb und Preisdruck auf internationalen Märkten, Arbeitskräftemangel, natürliche Optimierungsgrenzen) erfolgreich zu begegnen. Darüber hinaus werden in der Digitalisierung vielfältige Potenziale für den Umwelt-, Ressourcen- und Klimaschutz gesehen, die den ökologischen Fußabdruck der Landwirtschaft erheblich reduzieren könnten (Kehl et al. 2021). Chancen ergeben sich vor allem in folgenden Bereichen:

Reduzierter Energieverbrauch: Potenziale zur Reduzierung des Energieverbrauchs ergeben sich u. a. durch teilflächenspezifische Bewirtschaftungsmaßnahmen. Dabei werden Maßnahmen wie Bodenbearbeitung, Pflanzenschutz und Düngung gezielt dort vorgenommen, wo es notwendig ist, und nicht großräumig auf dem gesamten Feld verteilt. Ein solches Vorgehen ermöglicht Kraftstoffeinsparungen und dadurch verringerte Treibhausgasemissionen (Kehl et al. 2021, S. 11). Des Weiteren sind Energieeinsparungen durch den Einsatz von automatischen Lenksystemen möglich. Derartige Lenksysteme nutzen Satellitensignale zur automatischen Übernahme der Traktorsteuerung, wodurch Mehrfachüberfahrten vermieden werden. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch (sowie Arbeitszeit und Ressourceneinsatz) bei der Feldbewirtschaftung (onfarming o. J.).
Reduzierter Düngemitteleinsatz: Nitrat-Düngemittel zersetzen sich teilweise bakteriell zu N2O, einem Gas mit einer sehr hohen Klimawirksamkeit. Die Menge an eingesetzten Düngemitteln kann durch verschiedene digitale Technologien und Anwendungen verringert werden. Bei Düngestreuern und Gülleverteilern sind Geräte mit einer automatischen Teilbreitenschaltung bereits weit verbreitet. Mit dieser Technologie kann eine dynamische Anpassung von Streubreite und Ausbringmenge vorgenommen werden (z. B. bei schmalen Feldstreifen). Einsparpotenziale lassen sich insbesondere dann realisieren, wenn Düngemaßnahmen teilflächenspezifisch erfolgen, anstatt Düngemittel großflächig auf dem Feld auszubringen. Hierzu werden Applikationskarten erstellt, auf denen festgehalten wird, welche Nährstoffbedarfe in welchen Bereichen eines Feldes vorhanden sind. Die Informationen hierfür werden mittels Bild- und Sensordaten erhoben. Studien gehen davon aus, dass die teilflächenspezifische Düngung einen signifikanten Beitrag zur Minderung des landwirtschaftlichen Zielkonflikts zwischen steigenden Anforderungen an ökonomische Effizienz einerseits und ökologische Nachhaltigkeit andererseits leisten kann (Speckle et al. 2020).
Reduzierter Pestizideinsatz: Potenziale bestehen auch hier zum Einen bei Geräten mit einer automatischen Teilbreitenschaltung (Möglichkeit der Deaktivierung einzelner Spritzdüsen Segmente), um eine möglichst präzise und sparsame Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln auf dem Feld zu ermöglichen (Motsch et al. 2021). Zum Anderen werden digitale Technologien eingesetzt, um eine teilflächenspezifische Anwendung von Pestiziden zu ermöglichen. So werden beispielsweise Drohnen eingesetzt, um Unkrautnester im Feld zu identifizieren, die dann gezielt bekämpft werden können. Große Chancen werden auch der autonomen Feldrobotik zugerechnet. Dabei fahren Feldroboter autonom über die Fläche. Mithilfe von Sensoren nehmen sie Informationen über den Pflanzenbestand auf, verarbeiten die gesammelten Daten in Echtzeit und können so Nutzpflanzen von Unkräutern unterscheiden. Die auf diese Weise lokalisierten Unkräuter werden daraufhin vom Roboter mechanisch beseitigt. Laut Kehl et al. (2021) haben wissenschaftliche Untersuchungen durchschnittliche Herbizideinsparungen von rund 40 Prozent ermittelt, wenn digitale Technologien verwendet werden.
Verringerung von Treibhausgasemissionen: Womöglich können digitale Lösungen helfen, Treibhausgase zu verringern. Hervorzuheben sind die automatisierte Fütterung, die durch eine Futteroptimierung zur Methanreduzierung beitragen kann(vgl. UBA 2022), die teilflächenspezifische Bodenbearbeitung und teilflächenspezifische Stickstoffdüngung, die die Bildung von Distickstoffoxid verringern können, sowie automatisierte Lenksysteme, die Kraftstoffeinsparungen und damit die Reduzierung von Kohlendioxidemissionen ermöglichen.

In den letzten Jahren sind eine Vielzahl von Projekten zum Thema Digitalisierung entstanden. Insbesondere wurden vom BMEL 14 digitale Experimentierfelder in der Landwirtschaft eingerichtet. Ziel ist es, digitale Technologien für eine nachhaltige Produktion im Agrarbereich zu fördern. Zu diesem Zweck sollen in landwirtschaftlichen Betrieben unterschiedliche technische Lösungen und Produkte im Zusammenspiel erprobt und bewertet werden (BMEL 2020).

Mit der Weiterentwicklung und der weiteren Verbreitung digitaler Technologien in der Landwirtschaft sind vielfältige positive Umweltwirkungen zu erwarten. Eine Studie von Behrendt et al. (2022) kommt zu dem Schluss, dass Digitalisierung allein jedoch nicht ausreichend ist, um zentrale Umweltprobleme zu lösen. Für eine nachhaltige Transformation der Landwirtschaft sei es notwendig, die Digitalisierung in einen auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Agrarstrukturwandel einzubetten (Behrendt et al. 2022: 31), bei dem Emissionen aus der Rinderhaltung und Agrarabfälle minimiert werden (vgl. Scharp 2019).

Elektroniker und Kein Hunger

Die folgenden Beispiele sollen zum Nachdenken anregen, wie Elektroniker und Elektronikern in diesem SDG tätig werden können:

Wasserpumpen: Eine einfache Elektronik für Wasserpumpen entwerfen, die auch unter schwierigen Bedingungen (Hitze, Kälte, Staub, Stöße) ohne Wartung Wasserpumpen lange funktionsfähig halten.
Drohnen: Produkte entwerfen, die selbststeuernd das Pflanzenwachstum und Pflanzenschäden ohne aufwändige IT-Technik bewerten können und robust genug sind, um unter schwierigen Bedingungen zu arbeiten
Sensorik: Eine einfache und sehr preiswerte Sensorik entwickeln, um wichtige Messwerte der Bodenfruchtbarkeit anzuzeigen, damit Wasser und Dünger sparsam, in Abhängigkeit der jeweiligen Ackerpflanzen, sparsam verwendet werden können.
Bewässerungsanlagen: Einen robusten, langlebigen, elektronischen Antrieb mit Steuerung für die Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen in ariden und semi-ariden Gebieten entwerfen.
Unterglasanbau von Gemüse: Eine elektronische Steuerung aller Maßnahmen zur Pflanzenpflege wie Düngung, Bewässerung, Pflanzenschutz entwickeln, die intelligent und ressourcensparend ist.
PV-Solarkocher: Einen preiswerten Solarkocher entwickeln, der mit einem PV-Modul und Stromspeicher funktioniert.
PV-Module kombiniert mit Brunnenwasserpumpen, um in Trockenzeiten aus tieferen Wasserständen schöpfen zu können.
Fahrzeuge: Autonome Kleinfahrzeuge für Liefersysteme in Katastropheneinsätzen entwickeln.
Drohnen: Ein Drohnensystem entwickeln, mit dem Kleinstbauern ihre Produkte zu lokalen Händlern bringen können.

Quellenverzeichnis

agricon o. J.: Verantwortung übernehmen. Online: https://www.agricon.de/pflanzenschutz

Behrendt, Siegfried; Gegner, Kathrin (2022): Ökologische Effekte smarter Landwirtschaftsmaschinen und Software im landwirtschaftlichen Pflanzenbau. Berlin. (Im Erscheinen)

BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (2020): Kupfer – Informationen zur Nachhaltigkeit. Online: https://www.bgr.bund.de/DE/Gemeinsames/Produkte/Downloads/Informationen_Nachhaltigkeit/kupfer.pdfhttps://www.bgr.bund.de/DE/Gemeinsames/Produkte/Downloads/Informationen_Nachhaltigkeit/kupfer.pdf

BMEL -Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (2020): Digitale Experimentierfelder – ein Beitrag zur Digitalisierung in der Landwirtschaft. Online: www.bmel.de/DE/themen/digitalisierung/digitale-experimentierfelder.html

EQS Group (o. J.): Leitfaden zum Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz (LkSG). Online: www.eqs.com/de/landing/leitfaden-lieferketten-sorgfaltspflichtengesetz-lksg

FAO World Food Programme (2016): Online: www.fao.org/3/bl823e/bl823e.pdf, https://www.fao.org/in-action/food-for-cities-programme/pilotcities/kitwe/en/1

FAZ (2017): Riesiger Urwald soll zu Kupfer-, Gold- und Eisenminen werden. Online: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/brasilien-riesiger-urwald-soll-rohstoff-minen-weichen-15166089.html

Kehl, Christoph; Meyer, Rolf; Steiger, Saskia (2021): Digitalisierung der Landwirtschaft: gesellschaftliche Voraussetzungen, Rahmenbedingungen und Effekte. Teil II des Endberichts zum TA-Projekt. TAB-Arbeitsbericht Nr. 194. Hg. v. Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag. Online: https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000142951/146338637

onfarming (o. J.): Präzisionslandwirtschaft: Das ganze Betriebspotential nutzen. Online: www.onfarming.at/inhalt/sortiment-ratgeber/ratgeber/landwirte/landtechnik/maschinen-traktoren/automatische-spurfuhrungssysteme-und-lenksysteme-nutzen

Scharp, Michael (2019, Hrsg.): Abschlussbericht zum KEEKS-Projekt. Online: www.keeks-projekt.de

Speckle, Johannes; Angermair, Wolfgang; Brohmeyer, Franziska; Brüggemann, Lena; Spicker, Andreas; Pauli, Sebastian A. (2020): Teilflächenspezifische Düngung als Reaktion auf wachsende gesellschaftliche Anforderungen und als Beitrag zur Entspannung des Widerspruches zwischen Ökonomie und Ökologie. In: Gandorfer et al. (Hrsg.): Informatik in der Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft. Fokus: Digitalisierung für Mensch, Umwelt und Tier. 40. GIL-Jahrestagung.

UBA Umweltbundesamt (2015): 30 Jahre Sondergutachten des SRU – Umweltprobleme der Landwirtschaft. Online: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/umweltprobleme_in_der_landwirtschaft_30_jahre_sru-sondergutachten.pdf

UBA Umweltbundesamt (2020): Effiziente Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft. Online: www.umweltbundesamt.de/effiziente-bewaesserungssysteme-in-der-0#undefined

UBA Umweltbundesamt (2022): Lachgas und Methan. Online: www.umweltbundesamt.de/themen/boden-landwirtschaft/umweltbelastungen-der-landwirtschaft/lachgas-methan

SDG 3 Gesundheit und Wohlergehen

“Ein gesundes Leben für alle Menschen jeden Alters gewährleisten und ihr Wohlergehen fördern”

Das SDG hat zum Ziel, ein gesundes Leben für alle Menschen jeden Alters zu gewährleisten und ihr Wohlergehen zu fördern. Wie schon bereits erwähnt betrifft auch dieses SDG Elektroniker und Elektronikerinnen einerseits indirekt über die Wertschöpfungskette der notwendigen Ressourcen zur Herstellung von Ressourcen bei folgendem Unterziel:

3.9 Bis 2030 die Zahl der Todesfälle und Erkrankungen aufgrund gefährlicher Chemikalien und der Verschmutzung und Verunreinigung von Luft, Wasser und Boden erheblich verringern

Andererseits haben Elektroniker und Elektronikerinnen, die mit Maschinen und Antriebstechnik arbeiten oder eine Haustechnik anlegen, auch eine direkte Beziehung zu Emissionen. Dies spiegelt sich wieder in den beiden nationalen Indikatoren (Hinweis: Die Nummerierung der nationalen Indikatoren geht nicht einher mit den Unterzielen der SDGs):

3.2.a) Emissionen von Luftschadstoffen

3.2.b) Anteil der Bevölkerung mit erhöhter PM10-Feinstaubexposition.

Demzufolge gibt es zwei Positionen der Standardberufsbildposition, die in Verbindung mit dem SDG stehen:

3e) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln

3f) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren

Elektronik und das SDG 3

Jedes Bauteil des Elektrohandwerks besteht aus zwei Basismaterialien: Metalle und Kunststoffe. Die Gewinnung und Herstellung dieser Basismaterialien ist fast immer mit Gefahren für die Umwelt verbunden: Durch deren Eintrag in Wasser, durch Emission in die Luft und durch Schädigung bzw. Zerstörung von Landflächen oder der biologischen Vielfalt. Gerade bei der Gewinnung von Metallen in Minen und Hütten zur Herstellung von Halbzeugen können auch gesundheitliche Schädigungen der Arbeitnehmer und Arbeitnehmerinnen sowie der regionalen Anwohner verursacht werden. Zwei besonders gravierende Beispiele der letzten Jahre sind ein Dammbruch in Brumdinho (Brasilien, Eisenschlamm-Absetzbecken, DW 2021) und in Kolontar (Ungarn, Aluminiumschlamm-Absetzbecken (Ingenieur.de 2010). Andererseits ermöglichen erst Maschinen und Antriebe uns ein Leben ohne Hunger (industrielle Landwirtschaft), in Wohlstand (Technische Arbeitserleichterungen), in Sicherheit (Feuerwehr- und Rettungsfahrzeuge) und mit einer guten Gesundheitsversorgung (Insulin-Pumpen und Beatmungsgeräte). Im Folgenden soll beispielhaft an Kupfer und PVC, zwei der wichtigsten Basismaterialien für die Elektronik, aufgezeigt werden, welche Risiken die Wertschöpfungskette hat.

Umweltrisiken bei der Kupferherstellung

Der Kupferbergbau, die Verhüttung und die Herstellung von Halbzeugen verursacht Reststoffe. In Abhängigkeit von den lagerstättenspezifischen mineralogischen und geochemischen Eigenschaften der Mineralien, der Art der Aufbereitung sowie den lokalen Bedingungen geht immer Gefahr für die Umwelt aus. Nur Platin, Gold und Silber sind als Edelmetalle “metallisch” im Gestein, alle anderen sind Oxide oder Sulfide mit vielen assoziierten Schwermetallen (z. B. Zink, Blei, Arsen, Antimon). Fast alle Aufbereitungstechnologien, vom Erz zu einem verhüttungsfähigen Zwischenmaterial, nutzen Wasser, entweder als Transportmedium oder als Medium für anschließende chemische Prozesse in Lösungen. Wasser ist häufig für etwa 70 Prozent des Schadstoffaustrags verantwortlich (BGR 2020). Aufgrund der häufig sulfidischen Mineralogie von Kupferlagerstätten ist die Bildung saurer Grubenwässer eine besondere Herausforderung. Die oxidative Verwitterung (eisen)-sulfidischer Minerale führt zur Bildung von Schwefelsäure und daraufhin zur Freisetzung von teilweise toxischen Elementen, die neben Kupfer im Gestein vorhanden sind und von der Schwefelsäure gelöst werden. Viele dieser Elemente sind unter den sauren Bedingungen sehr mobil und können so in die Umwelt gelangen.(ebd. 2020)

Neben den wässrigen Abfällen sind die typischen Brenn- und Schmelzprozesse eine zweite Quelle für Umweltgefährdungen. Abgasemissionen sind bei der Verhüttung und Rösten von Kupfer ein besonders kritischer Punkt, vor allem Schwefeldioxid, welches beim Rösten von sulfidischen Erzen entsteht, muss aus der Abluft abgeschieden werden. Probleme wurden vor allem bei veralteten Kupferhütten, z. B. in Sambia und in Russland, beobachtet. Diese führten zu gesundheitlichen Problemen der Beschäftigten und der örtlichen Bevölkerung. Moderne Abluftfilter filtern bis zu 99 Prozent des Schwefeldioxids aus der Abluft und nutzen diese für die Herstellung von Schwefelsäure. Allerdings finden sich die meisten Minen – außer in den USA und Australien – in Ländern mit niedrigeren Umweltstandards oder in Ländern mit weniger strengen Kontrollen. Rusal – der größte Aluminiumhersteller der Welt – verwendete noch 2011 eine Technologie der Aluminiumschmelze, die aufgrund der Umweltbelastung in Deutschland seit den 80iger-Jahren nicht verwendet wurde (HBS 2011). In Europa hingegen steht dessen größte Kupferhütte im Hamburger Hafen, quasi mitten in der Stadt und in Rotterdam hat Umicor die größten europäischen Aufbereitungsanlagen für Elektroschrott. Diese Beispiele zeigen, dass Verhüttungstechnik mit moderner Aufbereitungstechnik für Abwasser und Luft auch mitten in unserer Gesellschaft möglich ist.

Der Bergbau von Kupfer findet vor allem im globalen Süden statt. Bei der Extraktion im Tagebau entstehen Luftbelastungen durch Schwermetalle in Stäuben, vorwiegend Arsen (ingenier.de 2014), wie am Beispiel der Chuquicamata Mine in Chile kürzlich nachgewiesen werden konnte (NDR 2022). Dort lagen bei Messungen im Jahr 2021 an zwei ausgewählten Orten, einer Schule und einem Sportplatz, die Arsenwerte 200 Prozent über dem nationalen Grenzwert, dieser liegt derzeit 115 Prozent höher als die europäischen Grenzwerte. Schwermetallbelastungen in der Luft können das Krankheitsrisiko erhöhen. Laut einer Studie der Universität Berkeley (ebd. zitiert nach NDR), erkranken in der Region rund um diese Mine 5 bis 6 Mal mehr Menschen an Blasenkrebs als im Rest des Landes, die Sterberate bei Nierenkrebs erhöhte sich in den vergangenen 9 Jahren um 75 Prozent und insgesamt liegen die Krebsraten 5 bis 7 Mal höher als im Rest von Chile. Bezüglich der Belastung von Oberflächengewässern durch den Kupferbergbau siehe SDG 6 “Sauberes Wasser”.

PVC und Weichmacher

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein thermoplastisches Polymer, das durch Kettenpolymerisation aus dem Monomer Vinylchlorid hergestellt wird. Vinylchlorid wird über die Reaktion von Ethen (Hergestellt durch Raffination und Cracken von Erdölprodukten ) und Chlor (Herstellung durch Chlor-Alkali-Elektrolyse) im großtechnischen Maßstab hergestellt. Vinylchlorid ist nach IARC ein Karzinogen der Stufe 1. PVC als Isolierung von Leitungen enthält aber bestenfalls noch Spuren von Vinylchlorid (Chemie.de o. J.). Die wichtigste Anwendung von PVC sind Fenster, Rohre, Fußbodenbeläge oder Dachbahnen. Allein diese Beispiele zeigen, dass das Material in verarbeiteter Form schadstofffrei und ungefährlich ist.

PVC-Leitungen enthalten jedoch etwa 20-25 Prozent Weichmacher, in der Regel Diethylhexylphthalat (DEHP, Forum Nachhaltiges Bauen (FNB) o. J.a). Dieser Weichmacher war bis Anfang der 2000er-Jahre der in Europa am häufigsten produzierte Weichmacher. Im Tierversuch war er nachweislich schädlich für die Fortpflanzungsfähigkeit (Stiftung Warentest 2007). Bedenklich war der Einsatz dieses Weichmachers insbesondere in Lebensmittelverpackungen. DEHP gilt als „möglicherweise krebserregend für den Menschen“, wurde jedoch 2001 von der Schwedischen Gesundheitsbehörde (nach FNB o. J.) neu bewertet und als „nicht-klassifizierbar in Bezug auf krebserregende Effekte für den Menschen“ eingestuft. Noch nicht abschließend geklärt ist, ob DEHP Einfluss auf das menschliche Hormonsystem nimmt. Da DEHP in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen hat, schlägt das Umweltbundesamt (UBA 2007) vor, DEHP gemäß Gefahrstoffverordnung als umweltgefährlich einzustufen. Als Stabilisatoren für PVC-Leitungen werden vorwiegend Bleistabilisatoren eingesetzt, die fest in die PVC-Matrix eingebunden sind und nur im Brandfall freigesetzt werden. (Forum Nachhaltiges Bauen o. J.b)

Gesundheitsschutz durch elektronische Systeme

Erst durch die Erfindung der Dampfmaschine durch James Watt – der seine Erfindung auf Vorarbeiten anderer Erfinder entwickelte – wurde das Industriezeitalter und ein breiter Wohlstand möglich. Elektrotechnische Systeme sind unabdingbar für alle industriellen, aber auch für soziale und lebensnotwendige Prozesse: Von der Schifffahrt, die Nahrungsmittel und Rohstoffe aus aller Welt zu uns befördert, über den Flug in weite Urlaubsländer und Windenergieanlagen zur Stromversorgung bis hin zu Herz-Lungen-Maschinen – überall stecken Antriebe in den Maschinen.

Gesundheitliche Risiken gehen eigentlich nur von Maschinen aus, die Verbrennungsprozesse nutzen, die auf den Antrieb angewiesen sind (Tankerunfälle und Flugzeugabstürze) oder bei Störfällen in Großanlagen wie z. B. Atomkraftwerke vorkommen. Eine alltägliche und allgegenwärtige Gesundheitsgefahr sind die Emissionen z. B. aus Pkw-Motoren (Ruß und NOx) oder von Schiffen, die Schweröl – eigentlich ein Abfallprodukt der Erdölraffination von der Konsistenz von Teer – verbrennen.

Im Gesamtprozess der Fertigung von Elektronik entstehen durch verschiedene Verfahren (Schneiden, Bestücken, Löten, Bonden, Kleben, Markieren und Vergießen) luftgetragene Schadstoffe. Diese können schädliche Auswirkungen auf Mitarbeitende und Produktqualität haben. (Meißner 2014). Es gilt verschiedene Emissionen zu bedenken, die nicht in die Umwelt gelangen sollten. Als Beispiel sei Lötrauch benannt: beim Handlöten wurde ermittelt: Konzentration bei bleihaltigem Lot: ca. 1 mg/m³ und Konzentration bei bleifreiem Lot: ca. 1,3 mg/m³. Mengen und Anteile dieser Stoffe sind abhängig von der Zusammensetzung des Lotes sowie der Löttemperatur (ebd.). Bedingt durch die Kombination der Schadstoffe im Lötrauch kommen zur optimalen Abscheidung Kombinationsfilter zum Einsatz. Diese bestehen aus Resublimationsfilter, Partikelfilter in mehreren Stufen sowie Adsorptionsfilter. Bei größeren Wellenlötanlagen erfolgt eine getrennte Filtration von Fluxer und Lötwelle (ebd.). Problematisch wird es, wenn in Fabriken Abluftanlagen und Schutzkleidung fehlen. Die Behandlung von lösemittel- und geruchsbelasteter Abluft kann auch durch chemische oder biologische Abluftreinigung (LFU Brandenburg 2005) geleistet werden. Der Vorgang basiert auf einem natürlichen Prozess. Die Mikroorganismen sind auf der Oberfläche des Filtermaterials angesiedelt. Beim Durchströmen der Abluft durch den Biofilter erfolgt die Ab- bzw. Adsorption der Schadstoffe. Nach dieser Prozessstufe sind die angesiedelten Mikroorganismen in der Lage die Kohlenstoffverbindungen zu verstoffwechseln. Als Endprodukt entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Entscheidend für Emissionen ist der Produktionsstandort und die damit verbundenen Emissionsverordnungen sowie die Kontrolle derselben durch die Aufsichtsbehörden. In Deutschland ist die BImSch (dejure.org) der “Goldstandard”, dem sich alle produzierenden Betriebe unterwerfen müssen.

Die Abgasstandards sind manchmal so hoch, dass die Hersteller von Fahrzeugen Schwierigkeiten haben, diese zu erfüllen, wie das Beispiel der Thermo-Fenster oder auch „Diesel-Skandal“ genannt, zeigen. Hierbei wurde von allen namhaften Herstellern von Pkw’s ein System der Abgasreinigung eingebaut, das bei bestimmten (niedrigen) Temperaturen die Abgasreinigung abschaltet (vgl. Spiegel 2022). Der Grund hierfür war das Konzept der Abgasreinigung. Bei zu hohen Schadstoffwerten des Abgases wird ein Teil wieder in den Motor zurückgeleitet und “erneuert verbrannt”. Dies ist nur innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls besonders wirksam, weshalb eine vollständige Abgasreinigung nur zwischen 15 und 33 Grad Celsius elektronisch gesteuert erfolgt. Auf den Prüfständen, wo die Einhaltung der Abgasgrenzwerte gemessen werden, wurden die zulässigen Werte nicht überschritten. Der Europäische Gerichtshof hätte eine Ausnahme nur dann gebilligt, wenn es ohne die Abschaltung zu Motorschäden gekommen wäre.

Elektromotoren hingegen sind im Betrieb emissions- und -risikofrei. Es kommt darauf an, inwieweit man ein gesundheitliches Risiko einer Maschine oder einer Anlage zuordnet. Dies kann man am Beispiel von Windkraftanlagen zeigen. Von einer Windkraftanlage z. B. gehen Schall- und Lichtemissionen (Schattenwurf, Spiegelungen, Lichteffekte des Kollosionsschutzes) aus. Die Schallemissionen entstehen nicht durch den Generator oder die Antriebstechnik zur Ausrichtung der Nabe, sondern durch die Bewegung der Windflügel (FA Windenergie o. J). Ohne Stelltechnik und ohne Generator wäre die Anlagenkonstruktion nur auf dem Niveau einer Windmühle möglich. Dieses Beispiel zeigt, dass Elektronik und Maschinen einerseits essentiell für unser modernes Leben sind. Andererseits führt ihre Nutzung zu direkten Emissionen oder zu indirekten Schäden z. B. durch individuelle Mobilität.

Gesundheitsgefährdung durch Schrottexporte

In Deutschland fallen pro Kopf und Jahr ca. 22 kg Elektroschrott an. Diese Menge umfasst entsorgte Waschmaschinen und Staubsauger, Smartphones und Computer, Fernseher und Videorecorder, Bohrmaschinen und Rasenmäher sowie viele andere elektrische und elektronische Produkte. Im internationalen Vergleich liegt das weit über dem Durchschnitt: Weltweit fallen ca. 6 kg pro Kopf und Jahr an (UN/ITU/ISWA 2017). In Deutschland werden nur 35-40 Prozent des Elektroschrotts in Deutschland recycelt. Pro Jahr werden rund 1 Mio. t Elektrogeräte hierzulande nicht erfasst. Sie landen wahrscheinlich im Restmüll oder werden illegal exportiert, um entweder auf Mülldeponien zu landen oder “recycelt” zu werden (AK Rohstoffe 2020). Eine unsachgemäße Entsorgung der Geräte kann erhebliche Folgen für die Gesundheit und Umwelt haben.

Das Elektro- und Elektronikgerätegesetz, das u. a. auf europäische Vorgaben aus der WEEE-Richtlinie (Elektro- und Elektronikgeräte-Abfall-Richtlinie) zurückgeht, verbietet eigentlich den Export von Elektroschrott in Länder ohne ausgebautes Recyclingsystem. Das Verbot wird jedoch umgangen, indem die Ware als noch funktionstüchtig deklariert wird und in den Häfen der Ankunftsländer kaum kontrolliert wird (welt 2022). Seit Jahren steigt die Menge an illegal in Entwicklungs- und Schwellenländer verschifften Elektroschrotts kontinuierlich an (Global Ewaste Monitor 2017).

Ein Teil wird nach Ghana verschifft, eigentlich um dort recycelt zu werden. Agbogbloshie ist eine sehr große Elektro- und Elektronikschrott Deponie mitten in der Hauptstadt Accra. Geschätzt arbeiten dort etwa 60.000 Menschen mit Familienangehörigen und Kindern (dlf 2019); zum Teil leben diese Menschen mit ihren Familien direkt auf der Deponie und sind großen Gesundheitsrisiken, vor allem durch giftige Dämpfe, ausgesetzt. Um an wertvolle Stoffe wie Aluminium oder Kupfer zu kommen, wird der Schrott, wie Leitungen oder Netzstecker, auf offenem Feuer verbrannt. Hierdurch werden nur die leicht zugänglichen Massenmetalle zurückgewonnen (Aluminium und Kupfer). Die Vielzahl von Elementen, die die eigentliche Funktionsweise von Dioden, Kondensatoren, Chips und Widerständen ermöglichen (Nebengruppen-Elemente), können unter diesen Bedingungen nicht zurückgewonnen werden.

Als Folge stehen die Menschen stundenlang im dunklen Qualm aus verbranntem Plastik, der krebserregende Aromate enthält. Anschließend werden Metallteile zum Teil mit bloßer Hand aus der Asche gesammelt (welt 2022; zdf 2020). Die Rückstände der Verbrennung enthalten Metalle wie Blei, Quecksilber, Cadmium und Arsen aus den Elektronikbauteilen. Diese werden über Stäube eingeatmet oder vom Regen in den Boden und die Gewässer gespült, aus denen Wasser für den alltäglichen Gebrauch entnommen wird (ebd. 2022; 2020).

Die Folge ist eine hohe Schwermetallbelastung der Menschen auf der Deponie und der Menschen, die in der Nähe der Mülldeponie leben. Die gesundheitlichen Auswirkungen betreffen vor allem das Organsystem, besonders die Lunge, Nieren, Schilddrüse und das Herz-Kreislaufsystem (WHO 2021). Des Weiteren steigt die Wahrscheinlichkeit einer Krebserkrankung und kann bei Kindern zusätzlich die DNA und Gehirnentwicklung schädigen (ebd. 2021). Auch schwangere Frauen und damit das ungeborene Kind sind erheblich von den Auswirkungen betroffen. Die WHO nennt eine Vielzahl möglicher Konsequenzen: Tot- und Frühgeburten, Untergewicht, neurologische Beeinträchtigungen, wie Verhaltensprobleme, ADHS und kognitive Einschränkungen (ebd. 2021).

Seitens des Entwicklungshilfeministeriums wurde eine Initiative angestoßen, in Ghana eine moderne Recycling-Wirtschaft auszubauen (Deutschlandfunk 2019). Um die Plastikverbrennung zusätzlich zu stoppen, werden Modelle getestet, Altgeräte vor Ort aufzukaufen und diese fachgerecht zu verwerten (welt 2022).

Quellenverzeichnis

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Meissner, Stefan (2014) in all-electrinic.de: Luftreinhaltung und Arbeitsschutz in der Elektronikfertigung. Online: www.all-electronics.de/elektronik-fertigung/luftreinhaltung-und-arbeitsschutz-in-der-elektronikfertigung.html

NDR Norddeutscher Rundfunk (2022): Schmutziges Kupfer – Die dunkle Seite der Energiewende, Film von Michael Höft, Ausstrahlungsdatum 25.10.2022. Online: https://www.ardmediathek.de/video/45-min/schmutziges-kupfer-die-dunkle-seite-der-energiewende/ndr/

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vinyl (o. J.): Brandverhalten. Online: https://www.vinylplus.de/alles-ueber-pvc/brandverhalten

Welt (2022): 53,6 Millionen Tonnen Elektroschrott im Jahr – unser Müllproblem landet in Afrika. Online: https://www.welt.de/wirtschaft/article238358957/Elektroschrott-Warum-alte-Handys-und-Laptops-in-Afrika-landen.html

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zdf (2020): Hier landen unsere alten Handys. Online: https://www.zdf.de/nachrichten/video/wirtschaft-fast-phone-ghana-100.html

SDG 4 Hochwertige Bildung

“Inklusive, gleichberechtigte und hochwertige Bildung gewährleisten und Möglichkeiten lebenslangen Lernens für alle fördern”

Das SDG zielt primär auf die globale Entwicklung von guten Bildungssystemen ab. Im Berufsbildungssystem ist Deutschland weltweit führend – trotz einiger Defizite wie Personalausstattung, Digitalisierung oder knappe Investitionsbudgets – und viele Länder versuchen ein ähnliches Berufsbildungssystem wie in Deutschland aufzubauen. Insofern ist vor allem das Unterziel 4.7 relevant:

Bis 2030 sicherstellen, dass alle Lernenden die notwendigen Kenntnisse und Qualifikationen zur Förderung nachhaltiger Entwicklung erwerben, unter anderem durch Bildung für nachhaltige Entwicklung und nachhaltige Lebensweisen, ….

Das SDG 4 spiegelt sich in der fachlichen Unterrichtung der Stichpunkte der anderen SDG wieder, mündet aber vor allem in den Positionen e und f der neuen Standardberufsbildposition (BMBF 2022):

e) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln

f) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren

10 “Goldene Handlungsregeln” für eine BBNE

Die Nachhaltigkeitsforschung und die Bildungswissenschaften haben inzwischen umfassende Erkenntnisse gesammelt, wie eine berufliche Bildung für Nachhaltigkeit gefördert werden kann (vgl. u. a. vgl. Schütt-Sayed u.a. 2021; Kastrup u. a. 2012; Melzig u. a. 2021). Das Ergebnis sind die folgenden 10 didaktischen Handlungsregeln, die das Berufsbildungspersonal dabei unterstützen, Lehr-/Lernprozesse zielgruppengerecht und angemessen zu gestalten. Diese insgesamt 10 Handlungsregeln lassen sich in vier Schritten zuordnen.

Schritt 1 – Richtig anfangen:
Identifizierung von Anknüpfungspunkten für BBNE

1) Ansatzpunkte: Fordern Sie die Verantwortung im eigenen Wirkungsraum heraus, ohne die Berufsschüler und Berufsschülerinnen mit „Megaproblemen“ zu überfordern!

2) Anknüpfungspunkte: Die Curricula sind Grundlage der Lehr-/Lernprozesse – es kommt darauf an, sie im Sinne der Nachhaltigkeit neu zu interpretieren!

3) Operationalisierung: Nachhaltigkeit ist kein „Extra- Thema“, sondern ein integraler Bestandteil des beruflichen Handelns!

Um nachhaltigkeitsorientierte Lehr-/Lernarrangements zu entwickeln, sind zunächst Anknüpfungspunkte für Nachhaltigkeit in den betrieblichen Abläufen zu identifizieren. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Ausbildungsordnungen und Lehrpläne die rechtliche Grundlage der beruflichen Bildung sind. Es gilt diese im Sinne der Nachhaltigkeit zu interpretieren, sofern nicht bereits konkrete Nachhaltigkeitsbezüge enthalten sind.

Wichtig ist dabei, dass Auszubildende nicht mit den „Megaproblemen“ unserer Zeit überfordert werden, sondern zur Verantwortung im eigenen Wirkungsraum herausgefordert werden – sowohl im Betrieb als auch im Privaten. Denn Auszubildende sind selbst Konsument/-innen, die durch eine angeleitete Reflexion des eigenen Konsumverhaltens die Gelegenheit erhalten, ihre „Wirkungsmacht“ im Rahmen ihrer beruflichen Tätigkeit in ihrer eigenen Branche zu verstehen.

Schritt 2 – Selbstwirksamkeit schaffen:
Eröffnung von Nachhaltigkeitsorientierten Perspektiven

4) Handlungsfolgen: Berufliches Handeln ist nie folgenlos: Machen Sie weitreichende und langfristige Wirkungen erkennbar!

5) Selbstwirksamkeit: Bleiben Sie nicht beim „business as usual“, sondern unterstützen Sie Schüler*innen dabei, Alternativen und Innovationen zu entdecken!

6) Zielkonflikte: Verstecken Sie Widersprüche nicht hinter vermeintlich einfachen Lösungen, sondern nutzen Sie sie als Lern- und Entwicklungschancen!!

7) Kompetenzen: Bildung für nachhaltige Entwicklung verbindet Wahrnehmen, Wissen, Werten und Wirken!

Im nächsten Schritt sind nachhaltigkeitsorientierte berufliche Perspektiven für die Auszubildenden zu eröffnen. Diese sollten an einer positiven Zukunftsvision und an Lösungen orientiert sein. Auszubildenden sind dabei die weitreichenden Wirkungen ihres Handelns vor Augen zu führen. Sie sollen verstehen können, warum ihr Handeln nicht folgenlos ist. Das bedeutet gleichzeitig, Auszubildenden die positiven Folgen eines nachhaltigen Handelns vor Augen zu führen. In diesem Zusammenhang ist die Selbstwirksamkeitserfahrung von großer Bedeutung. Sie ist eine der Voraussetzungen, um motiviert zu handeln. Auszubildende dabei zu unterstützen, Alternativen zum nicht-nachhaltigen Handeln zu erkennen und Innovationen für eine nachhaltige Entwicklung zu entdecken, sollte dabei für Lehrpersonen selbstverständlich sein. Dabei ist immer die individuelle Motivation der Auszubildenden entscheidend, denn zum nachhaltigen Handeln braucht es nicht nur Wissen (Kopf), sondern auch authentisches Wollen (Herz). Wesentlich ist hierbei die Gestaltung ganzheitlicher Lernprozesse, die sowohl den kognitiven als auch den affektiven und psychomotorischen Bereich einbeziehen (vgl. Költze, S.206).

Schritt 3 – Ganzheitlichkeit:
Gestaltung transformativer Lernprozesse

8) Lebendigkeit: Ermöglichen Sie lebendiges Lernen mit kreativen und erfahrungsbasierten Methoden!

9) Beispiele: Nutzen Sie motivierende Beispiele: Sprechen Sie über Erfolgsgeschichten, positive Zukunftsvisionen und inspirierende Vorbilder!

Aber wie können Lernsituationen in der Praxis so gestaltet werden, dass sie ganzheitlich aktivierend für die Auszubildenden sind? Es sollte ein lebendiges Lernen mit Hilfe kreativer, erfahrungsbasierter Methoden ermöglicht werden. Dies ist ein grundlegender (kein neuer) didaktischer Ansatz für die Förderung einer nachhaltigkeitsorientierten Handlungskompetenz. Im Kern bedeutet dies: Lernen mit Lebensweltbezug, welches ausgerichtet ist auf individuelle Lebensentwürfe und das eigene (auch künftige) berufliche Handlungsfeld, z. B. indem Recherchen im eigenen Unternehmen zu Möglichkeiten der Energieeinsparung durchgeführt werden. Lernen soll vor diesem Hintergrund vor allem unter Berücksichtigung der Sinne stattfinden, d. h. mit Körper und Geist erfahrbar sowie sinnlich-stimulierend sein. Die Auszubildenden sollen sich dabei zudem als Teil einer gestalterischen Erfahrungsgemeinschaft erleben. Dies kann durch gemeinsame Reflexionen über das eigene Verhalten und persönliche Erfahrungen gefördert werden, beispielsweise durch die Entwicklung und Verkostung eigener Lebensmittelkreationen unter Nachhaltigkeitsaspekten. Hierfür muss unbestritten immer auch der „Raum“ zur Verfügung stehen (siehe z.B. Hantke 2018 „‘Resonanzräume des Subpolitischen‘ als wirtschaftsdidaktische Antwort auf ökonomisierte (wirtschafts-)betriebliche Lebenssituationen“). Ebenso können motivierende Beispiele helfen – wie z. B. Erfolgsgeschichten und inspirierende Vorbilder.

Schritt 4 – Lernort Betrieb:
Entwicklung nachhaltiger Lernorte

10) Lernende Organisationen: Auch Organisationen können „Nachhaltigkeit lernen“: Entwickeln Sie Ihre Institution Schritt für Schritt zum nachhaltigen Lernort!

Schließlich geht es im vierten Schritt darum, den Lernort in den Blick zu nehmen und diesen als nachhaltigen Lernort zu gestalten. Den gesamten Betrieb nachhaltig auszurichten ist u. a. deshalb entscheidend, da andernfalls die an Nachhaltigkeit orientierten Inhalte der Ausbildung wenig glaubwürdig für Auszubildende sind. Der Betrieb als Institution sollte dafür an einem gemeinschaftlichen Leitbild ausgerichtet sein, welches neben den üblichen ökonomischen auch soziale und ökologische Ziele beinhaltet. So kann BBNE überzeugend in die Organisation integriert und vom betrieblichen Ausbildungspersonal umgesetzt werden.

Quellenverzeichnis

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung (2022): Digitalisierung und Nachhaltigkeit – was müssen alle Auszubildenden lernen? Online: www.bmbf.de/bmbf/de/bildung/berufliche-bildung/rahmenbedingungen-und-gesetzliche-grundlagen/gestaltung-von-aus-und-fortbildungsordnungen/digitalisierung-und-nachhaltigkeit/digitalisierung-und-nachhaltigkeit

Kastrup, Julia; Kuhlmeyer, Werner; Nölle-Krug, Marie (2022): Aus- und Weiterbildung des betrieblichen Bildungspersonals zur Verankerung einer Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung. In: MICHAELIS, Christian; BERDING, Florian (Hrsg.): Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung. Umsetzungsbarrieren und interdisziplinäre Forschungsfragen. Bielefeld 2022, S. 173-189

Költze, Horst (1993): Lehrerbildung im Wandel. Vom technokratischen zum humanen Ausbildungskonzept. In Cohn, Ruth C.; Terfurth, Christina (Hrsg.): Lebendiges Lehren und Lernen. TZI macht Schule. Klett-Cotta. S. 192 – 212

Handke, Harald (2018): „Resonanzräume des Subpolitischen“ als wirtschaftsdidaktische Antwort auf ökonomisierte (wirtschafts-)betriebliche Lebenssituationen – eine Forschungsheuristik vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeitsidee. In bwp@Berufs- und Wirtschaftspädagogik – online (Nr. 35), 2018, S. 1-23.

Melzig, Christian; Kuhlmeyer, Werner; Kretschmer, Susanne (Hrsg. 2021): Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung. Die Modellversuche 2015–2019 auf dem Weg vom Projekt zur Struktur. Bonn 2021. Online: https://www.bibb.de/dienst/veroeffentlichungen/de/publication/show/16974

Schütt-Sayed, Sören; Casper, Marc; Vollmer, Thomas (2021): Mitgestaltung lernbar machen – Didaktik der Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung. In: Melzig, Christian; Kuhlmeier, Werner; Kretschmer, Susanne (Hrsg.): Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung. Die Modellversuche 2015–2019 auf dem Weg vom Projekt zur Struktur. S. 200-227. Online: https://www.bibb.de/dienst/veroeffentlichungen/de/publication/show/16974

SDG 6 Sauberes Wasser

“Verfügbarkeit und nachhaltige Bewirtschaftung von Wasser und Sanitärversorgung für alle gewährleisten”

Das SGD 6 “Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen” verfolgt im Prinzip fünf Ziele, von denen drei direkt und eines indirekt mit dem Bergbau von Rohstoffen zusammenhängen können:

6.1 Die Versorgung der Menschen mit Trinkwasser (indirekt durch Nutzungskonkurrenzen);

6.3 die Verringerung der Verschmutzung der Wasserressourcen;

6.4 eine effiziente Nutzung von Wasser

- 6.4.1 Veränderung der Wassernutzungseffizienz im Zeitverlauf
- 6.4.2 Grad an Wasserstress: Süßwasserentnahme im Verhältnis zu den vorhandenen Süßwasserressourcen6.5 den Schutz der Ökosysteme.

Die Schnittmenge für das SDG 6 ergibt sich aus den Nummern a und b der Standardberufsbildposition (BMBF 2022):

a) Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

Elektroniker und “Sauberes Wasser”

Elektroniker und Elektronikerinnen aller Fachrichtungen haben die Grundqualifikation an diesem SDG sowohl direkt als auch indirekt mitzuwirken:

Direkt ist ihre Mitwirkung, “Sauberes Wasser” ist ohne Elektronik nicht denkbar. In Pumpwerken, Regenrückhaltebecken und Kläranlagen regeln Elektroschaltanlagen und -Steuerungen das Funktionieren – ein Spezialgebiet für Elektrofachleute (Klärwerk.info o. J.). Nur durch Grundwasser- oder Brunnenpumpen können wir den Wasserbedarf von Milliarden von Menschen nicht decken. Ohne die Elektronik von Pumpen und Maschinen kann Abwasser nicht aufbereitet werden.

Aber gleichzeitig ermöglicht es die Elektronik auch, Pumpen anzutreiben, die ungereinigte oder nur notdürftig gereinigte Industrieabwässer in Oberflächengewässer einzuleiten oder verschmutztes Ballastwasser aus Schiffen ins Meer zu pumpen.

Indirekt führt die bergbauliche Gewinnung und die Verhüttung der notwendigen Ressourcen für die Elektronik zu großen lokalen oder sogar regionalen Wasserproblemen (UBA 2021), wenn die Umweltvorschriften oder deren Umsetzung zur Wassergewinnung und zur Abwasserbehandlung nur unzureichend oder überhaupt nicht beachtet werden. Dies ist in vielen rohstoffreichen Ländern in Südamerika oder Asien häufig der Fall. Deshalb ist hier die Wertschöpfungskette unter dem Aspekt des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz (bekannter unter dem Namen “Lieferkettengesetz”) von Relevanz, siehe unter Kapitel SDG 8 “Sorgfaltspflichten.

Elektronik, Wasser und Kupfergewinnung

Die direkten und indirekten Wirkungen lassen sich beispielhaft an der Kupferherstellung erklären, gelten aber auch für viele andere Metalle, ohne die eine Elektronik nicht möglich wäre. Die Kupferherstellung, vom Bergbau einer Mine über die Verhüttung bis hin zur Elektrolyse des Kupfers zur Herstellung der Elektrolyseplatten, (als Ausgangsmaterial für Halbzeuge wie Stangen oder Drähte) benötigt sehr viel Wasser. Wasser ist deshalb immer ein zentraler Aspekt der Nachhaltigkeit in der Kupfergewinnung, ist aber je nach Lokalisation der Gruben, der Hütten und der Verarbeiter bis hin zu den Halbzeugen unterschiedlich gelagert. Die Minen liegen zumeist in ariden Gebieten wie z. B. in Chile oder Australien, hier muss Oberflächenwasser über Pumpsysteme oder Tanklaster herbeigeschafft oder durch Eingriffe in das tiefe Grundwasser gewonnen werden (UBA 2013, BGR 2020). Beides verschärft die Wasserknappheit in den ariden Regionen, es ergeben sich Nutzungskonkurrenzen sowohl für das Trinkwasser der Menschen als auch für die Landwirtschaft. Liegt die Mine hingegen in Gebieten mit periodisch hohen Niederschlägen und zugleich im Tagebau wie z. B. in Sambia, so laufen die Gruben voll und das Wasser muss abgepumpt, aufgrund der Schwermetallbelastung aus der Grube aufbereitet und dann abgeleitet werden (BGR 2020).

Das Kupfer, das für die Elektronik verbaut wird, kann nur mit Wasser als Prozessstoff hergestellt werden. Die Gesamtmenge an Wasser, die schließlich für eine Menge Rohstoff benötigt wird, nennt man entweder den Wasserfußabdruck oder das „virtuelle Wasser”(UBA 2022). Hierbei unterscheidet man “grünes Wasser”, das aus dem Regen, “blaues Wasser” , das aus Flüssen oder Grundwasser stammt. “Graues Wasser” ist die Wassermenge, die benötigt wird, um in der Industrie genutztes Wasser so weit zu verdünnen, dass es den gesetzlichen Qualitätsanforderungen genügt. Der internationale Standard zum Wasser-Fußabdruck (ISO 14046) definiert einen Wasserfußabdruck als „Kennzahl(en) zur quantitativen Bestimmung der potenziellen Umweltwirkungen im Zusammenhang mit Wasser“ (UBA 2022).

Wasser wird bei der Kupferherstellung für die Aufbereitung, das Mahlen und das Flotieren sowie als Transportmedium benötigt, um die Aufbereitungsabgänge in das Absetzbecken zu leiten. Der Wasserbedarf für den Bergbau und die Aufbereitung von Kupfererz ist sehr groß, er kann bis zu 350 m3 pro Tonne Kupfer liegen (BGR 2020). Eine der weltgrößten Minen, die Chuquicamata in Chile, verbraucht pro Jahr 60 Mio m3 Wasser (UBA 2013). Die Minenbetreiber greifen hierbei auf Oberflächengewässer in der Umgebung zurück. Im Ergebnis sind in der Umgebung fast alle Flüsse sowie das Ackerland ausgetrocknet, der lokalen Landwirtschaft fehlt das Wasser und die Felder vertrocknen (NDR 2022). Die regionale Wasserentnahme führt deshalb insbesondere in ariden und auch in semi-ariden Gebieten zu sozialen Konflikten. Die Kupfergewinnung in Chile, Peru oder Sambia erfolgt zudem in Gegenden, die landwirtschaftlich geprägt sind und deren Bevölkerung ein geringes Einkommen hat. Durch die Bergwerke wird das Wasser verknappt für die Landwirtschaft, die Erträge sinken und auch das Einkommen der Landbevölkerung. In Peru haben sich durch den Konflikt mit dem Kupferbergbau – der große Flächenbedarfe hat und regionale Bauern vertreibt – zu Unruhen geführt (DLF 2014).

Neben dem Wasserbedarf ist das Abwasser ein weiteres großes Problem. Die Aufbereitung des Erzes ist nur durch Flotation möglich, bei der das Gestein schlammig gemahlen wird, um Kupferkonzentrat zu erhalten. Hierbei entstehen große Mengen schwermetallhaltiges Abwasser. Aber auch die Stollenentwässerung, die für einen sicheren Abbau nötig ist, erzeugt häufig große Abwassermengen. Im Prinzip können alle Abwässer des Bergbaus und der Aufbereitung zu 70 bis 90 Prozent recycelt (BGR 2020) werden, aber dies bringt ökonomische und ökologische Herausforderungen mit sich. Es ist einfacher, Abwässer in Oberflächengewässer zu leiten, da die Wasseraufbereitung aufwändig und teuer ist. In der Konkola Kupfermine in Sambia sind es ca. 400.000m³ pro Tag (ebd. 2020). Die Abwässer der Chuquicamata-Mine (Kupferbergbau9 in Chile z. B. werden in einen Salzsee geleitet und bilden eine “Ewigkeitslast”, wie es im deutschen Bergbau-Vokabular bezeichnet wird. Die Belastung der verbliebenen Süßgewässer im Umfeld der Mine, aus denen u. a. Ackerland bewässert wird, liegt ungewöhnlich hoch. Arsen ist der größte Faktor von insgesamt 66 Stoffen, die dort gefunden wurden (NDR 2022).

Zielkonflikte durch die Ressourcennutzung

Insgesamt ergibt sich ein Zielkonflikt im Berufsbild „Elektroniker und Elektronikerin” durch die Nutzung vieler Metalle, die in elektronischen Bauteilen enthalten sind. Sowohl die Wasserentnahme als auch die Abwässer beeinflussen die lokale Hydrologie als auch die Ökologie der Gewässer und dessen Nutzbarkeit durch die lokale Bevölkerung (BGR 2020; DW 2019). Auch soziale Konflikte mit der lokalen Bevölkerung können sich ergeben, wenn der Wohlstand nicht, aber die Lasten ungleich verteilt werden. Aber andererseits ist unsere industrielle Wirtschaftsweise auf Elektronik angewiesen. Im Ernährungssektor sind diese Traktoren, Mähdrescher, Melkmaschinen, Agro-Flugzeuge und die landwirtschaftliche Aufbereitungstechnik. Schiffe und Lastkraftwagen machen es überhaupt erst möglich, 8 Milliarden Menschen zu ernähren. Ohne Pumpen ist keine Wasserversorgung möglich, Grundwasser kann nicht gefördert werden, aus Brunnen könnte nur mit Muskelkraft Wasser hochgepumpt werden. Aber gleichzeitig kann die Technik für den Bergbau den Menschen regional die Lebensgrundlage rauben, weil Wasser abgepumpt wird, Dämme mit giftigem Schlamm brechen oder gigantische Abraumhalden angelegt und der schwermetallhaltige Staub die ganze Region belastet. Deshalb sollte ein Betrieb der Nachhaltigkeit auch unabhängig von einer Verpflichtung durch das Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz nachkommen, indem er seine Wertschöpfungskette wenn möglich unter Nachhaltigkeitsaspekten nachkommt um die schlimmsten Folgen einer nicht-nachhaltigen Wirtschaftsweise zu vermeiden.

Quellenverzeichnis

DLF Deutschlandfunk (2014): Bergbau in Peru – Hunger zerstört ein Land. Online: https://www.deutschlandfunk.de/bergbau-in-peru-hunger-nach-rohstoffen-zerstoert-ein-land-100.html

DW Deutsche Welle (2019):Bergbau und soziale Konflikte in Lateinamerika. Online: https://www.dw.com/de/bergbau-und-soziale-konflikte-in-lateinamerika/a-50403973

ISO 14046 (2014): Environmental management — Water footprint — Principles, requirements and guidelines. Online: www.iso.org/standard/43263.html

Klärwerk.info (o. J.): Energie- und E-Technik, Vorbeugende Instandhaltung elektrischer Anlagen. Online: https://klaerwerk.info/fachwissen/energie-und-e-technik/vorbeugende-instandhaltung-elektrischer-anlagen/

UBA Umweltbundesamt (2013): Fallstudie Kupfer in Chile. Online: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/dokumente/umsoress_fallstudie_kupfer_chile.pdf

UBA Umweltbundesamt (2021): Ressourcennutzung und ihre Folgen. Online: www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/ressourcennutzung-ihre-folgen

UBA Umweltbundesamt (2022): Factsheet Wasserfußabdruck. Online: https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/wasser-bewirtschaften/wasserfussabdruck#wasserfussabdruck-ein-instrument-zur-bewertung-des-wasserverbrauchs

SDG 12 Nachhaltige/r Konsum und Produktion

“Nachhaltige Konsum- und Produktionsmuster sicherstellen”

Dieses SDG 12 zielt auf die nachhaltige und effiziente Nutzung der Ressourcen ab aus der Perspektive der Produzenten und der Konsumenten. Ressourcen sind alle Stoffe der Natur (Mineralien und Metalle, biotische Ressourcen wie Holz oder Baumwolle), aber auch Luft, Wasser und Boden (vgl. ProgRess 2016). Abfälle sollen vermieden oder recycelt und gefährliche Abfälle sicher entsorgt werden. Für die Elektroniker und die Elektronikerin aller Fachrichtungen sind fast alle, aber besonders die folgenden drei Unterziele relevant:

12.2 Bis 2030 die nachhaltige Bewirtschaftung und effiziente Nutzung der natürlichen Ressourcen erreichen

12.3 Bis 2020 einen umweltverträglichen Umgang mit Chemikalien und allen Abfällen während ihres gesamten Lebenszyklus in Übereinstimmung mit den vereinbarten internationalen Rahmenregelungen erreichen und ihre Freisetzung …. auf ein Mindestmaß beschränken

12.3 Bis 2030 das Abfallaufkommen durch Vermeidung, Verminderung, Wiederverwertung und Wiederverwendung deutlich verringern

Die Schnittmenge für das SDG 7 ergibt sich vor allem aus den Nummern a und b der Standardberufsbildposition (BMBF 2022):

a) Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

Elektroniker, Elektronikerinnen und das SDG 12

Elektroniker und Elektronikerinnen stellen die Steuerung für Maschinen und Antriebe her, entwickeln Energie-, Gebäude- und Automatisierungstechnik oder installieren Betriebstechnik und Elektroanlagen. Zuverlässigkeit, Präzision und Leistung sind die primären Kriterien, damit eine Maschine z. B. 10.000 Flaschen pro Stunde bruchsicher abfüllen kann oder der Benzinverbrauch eines Motors um 0,1 l im Stadtverkehr gesenkt wird. Gleichzeitig müssen ökonomische Anforderungen erfüllt werden, da jedes Produkt sich am Markt behaupten muss und viele Elektroniker und Elektronikerinnen nach der besten Lösung suchen. Ihre Tätigkeiten sind deshalb verschiedenen Zielkonflikten unterworfen:

Die Gesellschaft wünscht Dinge, , die eindeutig nicht nachhaltig sind im Vergleich zu alternativen vorhandenen Möglichkeiten. Dies sind z. B. Pkw mit Verbrennungsmotoren anstelle von Elektrofahrzeugen oder nicht-nachhaltigen Konsumprodukten aus Souvenier-Läden (für die Maschinen zur Herstellung gebraucht werden) anstelle von Gegenständen aus Handwerkskunst.
Die Elektronik von Maschinen und Antrieben nutzt nicht nur Kupfer und Kunststoffe, sondern fast alle Metalle des Periodensystems. Selbst wenn sie auf Dauerhaftigkeit ausgelegt ist, vermögen unsere Recyclingtechnologien noch nicht, die sehr geringen Mengen der meisten Metalle zurückzugewinnen – sie werden verschlackt und sind verloren.
Relativ neu ist die Verpflichtung aller großer Unternehmen (derzeit für Unternehmen mit 3.000 Mitarbeiter*innen, zukünftig für kleinere Unternehmen), bezüglich des Lieferketten Sorgfalt Gesetzes (kurz: LkSG; BGBL 2021). Es beschreibt, wie Unternehmen ihren Sorgfaltspflichten gegenüber Umwelt und Menschenrechten entlang der globalen Lieferketten nachkommen sollen. Hierbei zeigt sich, dass kaum die notwendigen Informationen vorliegen, um die Wertschöpfungskette nachhaltig gestalten zu können.
Die Richtung der Nachhaltigkeit für die Industrie hat der Weltgipfel für nachhaltige Entwicklung 2012 in Rio de Janeiro beschlossen, dort wurde das sogenannte Zehn-Jahres-Rahmen für Programme für nachhaltige Konsummuster und Produktionsmuster (BMUV o. J.) beschlossen. Dessen Fortführung und Ausgestaltung weltweit liegt in den Händen der UNEP – genauer: bei “Department of Trade, Industry and Environment” (UNEP 2022) und national in den Händen der jeweils zuständigen Ministerien, hier dem Wirtschaftsministerium. Alle Stufen der Herstellung und Nutzung von Gütern sollen auf den Prüfstand der Nachhaltigkeit gestellt werden mit ihren jeweiligen Ressourcenverbräuchen, Energiebedarfen, gesellschaftlich-sozialen Vor- und Nachteilen sowie ihren Auswirkungen auf die Natur.

Im Folgenden wird an verschiedenen Beispielen aufgezeigt, inwieweit dieser Rahmen für nachhaltigen Konsum und Produktion in der Realität umgesetzt wird oder werden kann. Dabei bilden manchmal einzelne Werkstoffe den Ausgangspunkt, und ein anderes mal Gesetzesänderungen und Vorschriften, die die Nachhaltigkeit gesetzlich verankern und nachhaltige Produktion in eine transparente, überschaubare Form bringen.

Rohstoffverbrauch der Elektronik und Elektrotechnik

Der Rohstoffverbrauch, z. B. von Erdöl, Holz, Metallen und Seltenen Erden, von Deutschland liegt laut des aktuellen Rohstoffberichts des Umweltbundesamtes fast 30 Prozent über dem weltweiten Durchschnitt (UBA 2022h). Statistisch betrachtet liegen damit pro Bundesbürger und Bundesbürger 16 Tonnen Rohstoffe und Materialien im Jahr in unserem “ökologischen Konsum-Rucksack” (ebd.). Bei den nicht-nachwachsenden Rohstoffen konnte ein Trend zur Verringerung beobachtet werden, während im selben Zeitraum die Entnahme nachwachsender Rohstoffe (Erzeugnisse der Land- und Forstwirtschaft) zunahm (ebd.:18).

Hier stellt sich zuerst die Frage, was Elektroniker:innen in ihren beruflichen Handlungsfeldern mit dem Verbrauch von Rohstoffen zu tun haben. Betriebsintern und bei der Ausführung von Arbeiten sind dies vor allem der Einsatz von Energie – Strom und Kraftstoffen – sowie Fahrzeuge, Werkzeuge, Geräte und Maschinen. Hinzukommen diverse metallische, nicht-metallische und fossile Rohstoffe aus unterschiedlichen Teilen der Welt, die für die Herstellung von Elektronikbauteilen benötigt werden. Rohstoffe, Bauteile und Baugruppen haben oftmals eine lange Lieferkette durchlaufen, bevor sie hier in Deutschland zum Einsatz kommen.

Rohstoffäquivalente und Materialströme

Bei der Berechnung von Rohstoff Äquivalenten werden den untersuchten Endprodukten alle Rohstoffe zugeordnet, die für ihre Produktion über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg weltweit benötigt wurden. So geben zum Beispiel die Exporte in Rohstoff Äquivalenten an, welche Masse an Rohstoffen im In- und Ausland für die Herstellung aller Güter eingesetzt wurde, die in einem bestimmten Jahr von Deutschland ins Ausland exportiert wurden (destatis o. J.). Ziel ist es, den Verbrauch an Erzen, mineralischen Rohstoffen und fossilen Energieträgern zu senken, und den Anteil biotischer Rohstoffe zu steigern.

Im elektrotechnischen Berufsfeld werden viele metallische Rohstoffe, gewonnen aus Erzen, verwendet. Zudem werden erdölbasierte Kunststoffe eingesetzt, also aus einem fossilen Energieträger gewonnen. Besonders interessant für die Konstruktion und Herstellung von elektrotechnischen Maschinen und Anlagen sind die Vorschläge der EU zur Neugestaltung der “Ecodesign Richtlinie”, die am 30.März 2022 veröffentlicht wurde. Der neue „Digitale Produktpass“ wird Informationen über die ökologische Nachhaltigkeit von Produkten liefern. Dies soll Verbrauchern und Unternehmen helfen, beim Kauf von Produkten fundierte Entscheidungen zu treffen, Reparaturen und Recycling zu erleichtern und die Transparenz über die Auswirkungen von Produkten auf die Umwelt während ihres Lebenszyklus zu verbessern. Der Produktpass soll auch den Behörden helfen, Kontrollen und Prüfungen besser durchzuführen. (EU-Kommission 2019) Darin werden benannt: Haltbarkeit, Wiederverwendbarkeit, Aufrüstbarkeit und Reparierbarkeit von Produkten, Vorhandensein von Stoffen, die die Kreislaufwirtschaft behindern, Energie- und Ressourceneffizienz, recycelter Inhalt, Wiederaufbereitung und Recycling, Kohlenstoff- und Umweltfußabdruck und Informationsanforderungen, einschließlich des digitalen Produktpasses. Technisch ist es so möglich, Werkstoffe und Geräte aller Art entlang der Wertschöpfungskette transparent zu machen mittels sogenannter RFID-Tags (Steiner 2008).

Kupfer - nur ersetzbar durch Altmetall

Kupfer ist essentiell für Elektro- und Elektronikprodukte. Es lässt sich nur in seltenen Fällen wirklich ersetzen (z. B. Aluminium für Stromleitungen). Zudem stellt sich immer die Frage, ob das Substitut für Kupfer nachhaltiger ist.

In Deutschland werden 57 Prozent der Kupferhalbzeuge bei der Herstellung von Elektroprodukten genutzt, 15 Prozent in der Bauwirtschaft, 9 Prozent in der Automobilindustrie sowie 8 Prozent im Maschinenbau. Die restlichen 11 Prozent verteilen sich auf den Handel und sonstige nicht näher spezifizierte Leistungen (BGR 2020). Mit der Intention, den Beitrag der Kupferindustrie zu den nachhaltigen Entwicklungszielen der UN aufzuzeigen und zu fördern, hat die International Copper Association (ICA) 2019 die Initiative Copper Mark gegründet (Coppermark 0.J.). Unternehmen können sich hier entlang der Wertschöpfungskette des Kupfers einer Überprüfung ihrer Sorgfaltspflichten unterziehen. Es gibt zudem einige internationale Leitfäden, um verantwortungsvolle, transparente und nachhaltige Gewinnung von Mineralien zu stärken wie z. B.:

OECD-Leitfaden für die Erfüllung der Sorgfaltspflicht zur Förderung verantwortungsvoller Lieferketten für Minerale aus Konflikt- und Hochrisikogebieten (OECD 2019)
Leitfaden der London Metal Exchange (LME) “Responsible Sourcing” (LME o. J.)

Auf jeder Stufe der Wertschöpfungskette kommte es im Allgemeinen zu Verlusten. Außerdem verbleibt ein Großteil im Gebrauch, d.h. in Gebäuden und Infrastruktur und bildet dort Bestandslager. In wissenschaftlicher Analyse konnte gezeigt werden, dass die Sammelquote von kupferhaltigen Schrotten bei ungefähr 65 Prozent liegt, wobei knapp 50 Prozent des insgesamt in obsoleten Produktströmen befindlichen Kupfers als Sekundärkupfer wieder in den Kreislauf eingeführt wird. Das europäische Kupfermodell basiert auf demselben Prinzip wie das globale Modell, allerdings mussten hier Handelsströme auf jeder Stufe der Wertschöpfung berücksichtigt werden. Dabei zeigt sich in Europa eine wesentlich höhere Sammelquote kupferhaltiger Schrotte von durchschnittlich knapp 80 Prozent und eine Recyclingeffizienz der Altschrotte von ca. 65 Prozent. Weiterhin werden ca. 55 Prozent des in Europa verarbeiteten Kupfers aus Schrotten (Neu- und Altschrotte) gewonnen, wobei dieser Wert auf globaler Ebene lediglich bei 35 Prozent liegt (Glöser-Chahoud 2017). Aus der Situationsanalyse lässt sich ableiten, dass der effiziente Einsatz von Kupfer einen hohen Stellenwert hat im Kontext der Energiewende, der Versorgungssicherheit und der nachhaltigen Entwicklung.

Kunststoffe

Kunststoffe werden größtenteils aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Der Verbrauch an Kunststoffen in der Elektro- und Elektronikindustrie beträgt ca. 6 Prozent des Europäischen Kunststoffverbrauchs bzw. 3,1 Mio. t in 2019 (ZVEI 2021, Gesamtverbrauch ca. 51 Mio. t Kunststoffe). Rund 40 Prozent werden für Verpackungsmaterialien verwendet und 20 Prozent im Bausektor. Da die Automobilindustrie ca. 9 Prozent der Kunststoffe verbraucht, ist die Elektron- und Elektronikindustrie immer der viertgrößte Verbraucher. Bei einem EU-weiten Aufkommen von ca. 9 Mio. t Altgeräten werden immerhin 560.000 t Altkunststoffe zurückgewonnen (Bezug 2016, ebd.). Das Recycling von Elektroschrott ist jedoch nicht einfach. Vielfach wird der Schrott auf der Metallschiene recycelt – der Kunststoff dient dann gleichzeitig als Brennmaterial. Weiterhin sind insbesondere Leiterplatten oft Flammgeschützt mit Polybromiden. Noch wichtiger sind die Eigenschaften der Kunststoffe z. B. in Drähten und Leitungen, denn die Isolation von Strom muss auch unter aggressiven Bedingungen möglich sein (Hitze, Sonnenlicht mit UV-Strahlung, alkalischem Beton, Meerwasser etc.). Gleichzeitig gibt es vielfältige Anforderungen die Mechanik und werkstofflich-technischen Aspekte (vgl. ZVEI 2021).

Auch wenn die Kunststoffherstellung oder die Verwendung von Plastikmaterialien zur Verpackung keinen großen Beitrag zum Klimawandel leisten, sollte dennoch aus verschiedenen Gründen die Verwendung von Kupfer nachhaltiger gestaltet werden. Verpackungen vermüllen in Ländern ohne funktionierende Abfallentsorgung die Landschaften und gelangen ins Meer, wo sie zu Mikroplastik werden. Und jedes elektrische und elektronische Produkt wird verpackt. Auch in Deutschland ist der vorrangige Recyclingweg die thermische Verwertung – nach einer kurzen Nutzungsphase wird der Kunststoff verbrannt. Fossile Rohstoffe sind endlich, deshalb müssen wir und nachfolgende Generationen sie sorgsam nutzen.

Während viele Branchen, wie die Automobilindustrie oder die Getränkeindustrie (zum Teil) erkannt haben, dass Kunststoffe mehrfach genutzt werden können, ist dies in der elektrotechnischen Industrie noch nicht der Fall. Es werden nur 2 Prozent Kunststoff Recyclate eingesetzt (UBA 2021). Im Fahrzeugbau sind es 4 Prozent. Hohe Anteile erreichen die Landwirtschaft (11%) und die Verpackungsindustrie (24%) allerdings nur deshalb, weil die Anforderungen vor allem z. B. an Reyclingfolien gering sind.

Biobasierte Kunststoffe

Als Ersatz von fossilen Kunststoffen wird intensiv an biobasierten Kunststoffen geforscht. Der Grund hierfür ist die Annahme, dass biobasierte Kunststoffe klimaneutral sind, da die Pflanzen der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen und dies nach Verbrennung in Atmosphäre entweicht – also bis auf die Produktionsenergie des Kunststoffen – ein klimaneutraler Prozess ist. Das Umweltbundesamt sieht aber die biobasierten Kunststoffe nicht als vorteilhaft an (UBA 2020c):

“Aus vergleichenden Ökobilanzen einfacher Gegenstände und Verpackungen wissen wir, dass sich die Umweltauswirkungen nicht wesentlich verbessern, wenn die Rohstoffe biobasiert sind statt fossilbasiert. Die Auswirkungen verschieben sich eher: Während konventionelle fossilbasierte Kunststoffe mehr klimawirksames CO2 freisetzen, äußert sich der ökologische Fußabdruck biobasierter Kunststoffe in einem höheren Versauerungs- und Eutrophierungspotential sowie einem gewissen Flächenbedarf. Grund ist die landwirtschaftliche Produktion der Rohstoffe. Es kann zu Konkurrenz um Flächen mit der Lebensmittelproduktion kommen oder Ausgleichs- und Waldflächen können weniger werden.”

Mit Leitungsschutz Wellrohren aus 100 Prozent Polyamid-12-Regenerat setzt REIKU, einer der innovativsten Entwickler und Hersteller hochwertiger Leitungsschutz-Systeme für Robotik und Automation, ein Zeichen in Sachen Nachhaltigkeit. Das Produktprogramm, das auch Wellrohre aus biobasiertem Polyamid 11 umfasst, reicht von 7 mm bis zu 95 mm Nennweite für den gesamten Einsatzbereich von Cobots bis zu großen Industrierobotern. Agriplast, ein Pionier in der Regeneration von technischen Kunststoffcompounds und Entwicklungspartner von REIKU, produziert und liefert das halogenfreie, selbstverlöschende und nicht flammausbreitende Regenerat (RGN by Agriplast) mit hoher, rückverfolgbarer Qualität. REIKU vertreibt die neuen Wellrohre unter der Typbezeichnung PARAB. (Konsens 2019).

Biobasiertes Polyamid (Bio-PA) ist eine nachhaltige Lösung, dem ein aus Pflanzen gewonnenes Biopolymer zugrunde liegt. Die CO2-Emissionen bei der Profilproduktion werden um 62  Prozent und der Verbrauch fossiler Energie um 23  Prozent reduziert, zudem ist es laut Herstelleraussage unbegrenzt recyclingfähig (Technoform o. J.).

Verpackungen von Elektro- und Elektronikprodukten

Jedes Produkt wird und muss verpackt werden. Dies führt unweigerlich zu mehr Verpackungsmüll. Im Jahr 2020 fielen ca. 6,4 Mio. t. Verpackungsabfälle an (Destatis 2022b). Das entspricht ca. 14 Prozent aller haushaltstypischen Siedlungsabfälle (ebd.). Davon entfielen je ca. 30 Prozent auf Verpackungen aus Glas sowie aus Papier, Pappe und Karton. 20 Prozent entfielen auf Kunststoffverpackungen und ca. 6 Prozent auf Metallverpackungen. Bei dem Rest handelt es sich um Sortierreste und sonstiges Verpackungsmaterial. Seit 2010 ist das Verpackungsaufkommen um 18 Prozent gestiegen (ebd.).

Maßgeblich ursächlich sind die zunehmenden Umverpackungen, die zunehmende Verbreitung von verpackungsintensiven Convenience Food (Lieferservices für Essen( sowie die steigende Nutzung des Onlinehandels. Verpackungen sind immer für den Schutz, die Handhabung und Lieferung von Produkten notwendig. Zudem haben die unterschiedlichen Verpackungsarten auch unterschiedliche Besonderheiten bezüglich des Produktes bzw. des Herstellungsprozesses – weshalb eine Optimierung im Sinne der Nachhaltigkeit oftmals schwierig ist. Dies gilt besonders für Elektro- und Elektronikprodukte, insbesondere diejenigen, die gegen Stoß- oder elektromagnetische Felder geschützt werden müssen.

Es gibt jedoch Produkte, die minimal in PE-Folie eingeschweißt werden könnten (z. B. die Rahmen von Lichtschaltern) oder überflüssig materialintensiv mit viel Luft verpackt sind. Die THIMM-Gruppe hat beispielsweise für die Hager Group – einem Unternehmen für elektrotechnische Installationen in Gebäuden – die Umverpackungen von Installationsmaterialien (Schalter, Steckdose, Sicherungen etc.) optimiert (THIMM o. J.). Durch das Optimierungsprojekt der Verpackungen konnten so pro Jahr 300.000 m2 Wellpappe eingespart werden. Der Verpackungsdruck konnte von 60 Prozent auf 10 Prozent reduziert werden.

Die ökologischen Vor- und Nachteile unterscheiden sich jedoch je nach Verpackungsmaterial stark und es ist nicht einfach zu entscheiden, was die umweltfreundlichste Verpackung ist (Innoredux o. J., co2online o. J., Die Umweltberatung o. J.). Manche Materialien können gut recycelt werden können (Pappverpackungen, Aluschalen, Styroporboxen, Styropor-Chips), andere wiederum nicht (Verbundfolien, Klebeetiketten, intensiv gefärbte Verpackungen, mit Kunststoff beschichtete Pappverpackungen, verunreinigte PE-Folien).

Aufgrund des hohen Aufkommens an Verpackungsabfällen aus fossilen Rohstoffen werden deshalb auch vielfältige Anstrengungen unternommen, Plastikverpackungen auf biologischer Basis zu entwickeln. Diese erneuerbaren Verpackungsmaterialien werden aus Zucker, Zellulose oder Stärke gewonnen (ökolandbau o. J.). Allerdings führt die Umweltbilanz von Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen nicht zwangsläufig zu “besseren” Verpackungen . Polyethylen kann z. B. pflanzlich als Bio-PE gewonnen werden (ifeu 2012). Bio-PE ist wesentlich klimafreundlicher als fossiles PE, dafür hat Bio-PE ein höheres Versauerungspotential und führt mehr zur Eutrophierung von Gewässer (durch die Düngung der Pflanzen). Zudem ist der Flächenbedarf um ein Vielfaches höher und Flächen sind weltweit ein knappes Gut.

Diese Beispiele zeigen, dass jede Handlung auch negative Auswirkungen haben kann und man sich vielfach nur zwischen zwei unterschiedlich wirksamen Folgen entscheiden kann. Daher ist es angebotsseitig wichtig, dass Hersteller und Erstinverkehrbringer von Verpackungen auf unnötige Verpackungen verzichten und notwendige Verpackungen möglichst als Mehrweg Lösung konzipieren. Wenn dies nicht möglich ist, sollten die Verpackungen möglichst materialsparend und recyclingfreundlich konzipiert sein. Wenn Verpackungen auf fossiler Basis eingesetzt werden, sollten sie soweit möglich ⁠Rezyklate⁠ enthalten.

Beispielhafte Elektronik-Bauteile

Vorhandene oder fehlende Nachhaltigkeit in der Elektronik entscheidet sich häufig bei der Wahl der eingesetzten Bauteile. Im Folgenden werden deshalb Beispiele für die Umstellung bei der Nutzung von Vorprodukten und Betriebsstoffen gegeben.

Lithium- Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien enthalten zahlreiche kritische Materialien. Dazu zählen Nickel, Kobalt und Lithium. Ihr Nachteil: Es gibt nicht unendlich viel von diesen Materialien auf unserer Erde und ihre Gewinnung erfolgt meistens sogar noch unter fragwürdigen Arbeits- und Schutzbedingungen (Ingenieur.de 2019).

Lithiumhaltige Batterien und Akkus besitzen aufgrund des Gefährdungspotentials, der Vielzahl verbauter Stoffe, die oft aufwändig gewonnen werden, sowie wegen stark steigender Verkaufs- und Anwendungszahlen und der daraus resultierenden Abfallmenge eine große Bedeutung für Mensch und Umwelt. Werden beispielsweise im Brandfall einzelne Inhaltsstoffe wie z. B. fluorhaltige oder phosphorhaltige Leitsalze freigesetzt, können reizende, ätzende und giftige gasförmige Stoffe ein erhebliches Risiko sowohl für die Gesundheit als auch für die Umwelt darstellen. (UBA 2016) Recyclingmöglichkeiten sind auf dem Weg der Erforschung, zum Beispiel das Verfahren der Schaumflotation, jedoch gibt es hier noch viel Verbesserungsbedarf bei der Umsetzung.

Graphit ist als Anodenmaterial ein weiterer kritischer Bestandteil einer Lithium-Ionen Batterie, der hier 15 Prozent-20 Prozent ausmacht. Europa importiert aktuell 98 Prozent des Graphitbedarfs, gleichzeitig steckt die Anwendung von Recyclingverfahren für diesen Stoff in den Kinderschuhen. In Deutschland gibt es nur wenige unbedeutende Vorkommen von natürlichem Graphit aus einem rund 150 km² großen Gebiet im südöstlichen Bayerischen Wald zwischen Donau und Hauzenberg, d. h. nordöstlich von Passau in Niederbayern. Dort veredelt ein Unternehmen Naturgraphit aus aller Welt zu Schmierstoffprodukten in Pulverform sowie Graphit Dispersionen und Graphit Formteilen (BGR 2020).

Die Importabhängigkeit von China ist hoch. Anna Vanderbruggen, Absolventin des Emerald-Masters-Programms von EIT Raw Materials, wurde ausgezeichnet, weil sie als erste Wissenschaftlerin das Problem des Recyclings von hochwertigem Graphit aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien gelöst hat. So können europäische Recycler tonnenweise Graphit zurückgewinnen und so die grüne Energiewende in Europa vorantreiben (innovationnewsnetwork 2022).

Als Alternative zum Import kann synthetischer Graphit in Betracht gezogen werden, jedoch ist das Verfahren sehr energieaufwändig und beinhaltet die Nutzung fossiler Ressourcen (Steinkohle, Braunkohle, Erdöl und Peche). Aus der Kohle werden mit Salpetersäure Graphit-Einlagerungsverbindungen hergestellt und dann durch plötzliche Hitzeentwicklung (3.000 Grad) expandiert (chemie.de o. J., SGL Carbon o. J.). Abschließend wird der Graphit mechanisch zu einer weichen und flexiblen Folie verarbeitet. Auch bei diesem Substitutionsmaterial ist China weltweit mit Abstand der größte Anbieter, gefolgt von Mosambik und Brasilien (DERA 2021).

Mikrokondensatoren

“Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Ladungen bzw. elektrische Energie speichern können” (Elektronik-Kompendium o. J.). Einfache Kondensatoren bestehen aus zwei Metallplatten und einem dazwischen liegenden Dielektrikum (Isolator). Durch eine Spannung laden sich die Metallplatten auf und es entsteht ein elektrisches Feld, der Kondensator speichert so Energie (Maßeinheit Kapazität C). Kondensatoren finden sich in allen elektronischen Bauteilen genauso wie Widerstände und Dioden. Die kurzfristige Energiespeicherung ermöglicht Lade- und Entladevorgänge, die Gleichrichtung von Strom, Spannung-Frequenz-Wandlung und den Aufbau von Schwingkreisen. Sie finden sich in Sendeeinrichtungen – also in jedem Smartphone, in Solaranlagen, Mikrofonen und in elektronischen Schaltkreisen.

Die kleinsten Mikrokondensatoren nutzen Tantal oder Niob, häufig auch Coltan genannt. Dieser Begriff leitet sich von dem Mineral Columbit-Tantalit ab (vgl. Behrendt und Scharp 2007). Mikrokondensatoren werden für Baugruppen oder Geräte genutzt, bei denen es auf das Volumen ankommt. Beispiele hierfür sind Hörgeräte und Smartphones. Hörgeräte sind deshalb so klein, weil sie unscheinbar sein sollen. Bei Smartphones hingegen soll ein Maximum an Baugruppen auf möglichst kleinem Raum untergebracht werden – jeder Kubikmillimeter zählt hier.

Tantalkondensatoren haben eine lange Lebensdauer und eine hohe Widerstandskraft gegen Temperaturschwankungen (Leuphana 2012). Entscheidend ist aber die (minimale) Größe der Kondensatoren: Sie qualifizieren das Material für die Verwendung in der Mikroelektronik. In einem Smartphone sind z. B. 0,004 Prozent Gewichtsanteile Tantal enthalten (ebd. und Informationszentrum Mobilfunk o. J.). Im Jahr 2022 wurden weltweit rund 1,21 Milliarden Handys verkauft (Statista 2023). Superleichte Smartphones wiegen mindestens 140g (Dein Handy.de o. J.). Hochgerechnet ergibt dies für die Jahresproduktion an Smartphones zwischen 600 und 700 t Tantal – d.h. ein Drittel der Jahresproduktion des Minerals. Darüber hinaus wird Tantal in vielen Elektronikgeräte verbaut, z. B. in Computern, Digitalkameras, Hörgeräten, Herzschrittmachern und der Autoelektronik (ABS, GPS, Zündsysteme, vgl. UBA 2007).

Kritikalität

Neben den begrenzten Reserven ist noch ein zweiter Faktor wichtig: Die so genannte Kritikalität der Mineralien (vgl. Erdmann et al. 2011; Häußler und Mildner 2012). Hierunter wird das Risiko verstanden, dass bestimmte Mineralien aus verschiedenen Gründen nicht unbegrenzt verfügbar sind . Dies kann sein, wenn die Reserven, d.h. die mit der vorhandenen Technologie förderbaren Mineralien, irgendwann aufgebraucht sind und neuen Ressourcen, d.h. die Mineralien, die mit verbesserter Technologie und unter anderen Bedingungen zukünftig erschließbar sind, doch nicht mehr gefördert werden können. Neben der Technologie gehören zu den Indikatoren für die Kritikalität auch z. B. das Länderrisiko, d.h. wie stabil sind die jeweiligen Regierungen und lassen sie den Abbau so zu, dass z. B. Menschenrechte gewahrt werden? Ein weiterer Indikator ist die Marktkonzentration. China und die Demokratische Republik Kongo dominieren viele verschiedene Mineralien wie die Seltenen Erden (China), Cobalt und Tantal (DRK). Beide Regierungen entsprechen nicht dem westlichen Verständnis von Demokratie – es gibt also Ausfallrisiken auf politischer Ebene und bei politischen Problemen der Regierungen untereinander.

Coltan, Reserven und Tantal

Tantal wird vor allem aus dem Mineral Coltan (DRK) sowie aus den Schlacken von Zinn (Australien und Brasilien) gewonnen. Die Jahresproduktion liegt seit 2017 zwischen 1.800 und 2.100 t (Statista 2023). Die Hauptverwendungen von Tantal haben sich seit 2007 kaum verändert, nur die Gewichtung hat sich verschoben: Von hochfesten Stählen z. B. für Turbinenblätter) hin zur Mikroelektronik (vgl. Behrendt und Scharp 2007). Neu hingegen ist die Verwendung für Schmuck.

Tantal wird zwar nicht zur Gruppe der Seltenen Erden gerechnet (die ja nicht unbedingt selten sind), ist aber im eigentlichen Sinne selten. In 2007 wurden die Reserven und die Reservebasis auf 200.000 t geschätzt (ebd.21). Die BGR geht von 260.000 t Ressourcen aus – d.h. von Tantal, welches sich ggf. unter einer verbesserten Technologie in der Zukunft gewinnen lässt (BGR 2018). Somit haben sich die bekannten Reserven von 2007 kaum verändert, obwohl doch immer mehr Tantal benötigt wird u. a. für die Digitalisierung der Kraftfahrzeuge, der Computertechnik (Laptops und Tablets) sowie für Smartphones.

Vorkommen liegen hauptsächlich in Brasilien, Australien, DR-Kongo, Mosambik und Ruanda. Bis 2005 war noch Australien der größte Produzent mit fast 50 Prozent Marktanteil bzw. 850 t Tantal (vgl. DERA 2016), aber nachdem die Abraumhalden der Zinkgewinnung ausgeschöpft waren, ging die Produktion bis 2016 auf 63 t zurück. Im gleichen Jahr stieg der Anteil der Region der großen Seen (DR Kongo, Ruanda, Burundi auf offiziell fast 900 t und der Weltmarktanteil auf etwas mehr als 50 Prozent. Es ist jedoch mit Sicherheit anzunehmen, dass die bergbaulichen Besonderheiten in der DRK im erheblichen Maße zu einem Rohstoffschmuggel führten – denn Länder wie Nigeria, Mozambique oder Äthiopien exportieren fast 10 Prozent des Weltmarktanteils an Tantal – haben aber keine Bergwerke (vgl. Behrendt und Scharp 2007).

Gewinnung von Tantal

Eine bergbauliche Besonderheit liegt beim Hauptproduzenten für Cobalt, der DRK vor. In der DRK liegt das Cobalterz oberirdisch in einem sehr weichen Gestein vor. Es wird sowohl von global tätigen Minenkonzernen, von lokalen Genossenschaften oder durch Zwangsarbeit von Milizen abgebaut (kleiner handwerklicher Bergbau, vgl. save the children 2022). Der sogenannte artesiale Kleinbergbau (ASM) ist die Einkommensgrundlage für mehr als 200.000 Menschen in der Region. Er ist jedoch zumeist illegal und nicht reguliert (analog dem Goldrausch in Alaska). Dieser Bergbau ist auch mit Kinderarbeit aufgrund der schlechten wirtschaftlichen Bedingungen vor Ort verbunden. Der Abbau des Minerals in der DRK geht mit sozialen Problemen einher. Kleinschürfer arbeiten und leben oft unter besonders schwierigen Bedingungen. Sie haben sehr niedrige Einkommen und können von ihren Verdiensten meist nur von Tag zu Tag überleben – ohne jegliche soziale Sicherheit (D’Souza, 2007 und Elektronik Kompendium o. J. b).

Die Aufbereitung ist nicht mit den üblichen Verfahren der Hüttentechnologie (Oxidieren, Reduzieren, Schmelzen etc.) möglich. Die Gewinnung erfolgt durch eine Lösung als komplexe Fluoride, denn nur so lassen sich die verschwisterten Elemente Tantal und Niob trennen (vgl. ISE o. J.). Die Erze werden in Flusssäure oder auch unter dem Zusatz von Schwefelsäure – beide gehören zu den aggressivsten Säuren überhaupt – gelöst und dann ein Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Methylisobutylketon durchgeführt zur Abscheidung anderer Element. Mit Wasser wird der Niobkomplex gefällt und Tantalfluorid bleibt in Lösung. Abschließende Schritte sind die Fällung des Tantalfluorids mit Kaliumfluorid sowie die Reduktion mit Natrium zu elementaren Tantal.

Recycling von Kondensatoren

Tantal-Kondensatoren werden in Europa noch keinem spezifischen Recyclingverfahren unterworfen – sie sind Teil des Elektronikschrotts. Es gibt verschiedene Forschungsvorhaben, die versuchen Tantalkondensatoren einem gezielten Recycling zuführen zu können. Beispielsweise wird versucht, die tantalhaltigen Kondensatoren mit einer optischen Erkennungssoftware von anderem Schrott abzutrennen (EU Recycling 2017). In Indien und Afrika hingegen werden teilweise Tantal-Kondensatoren manuell von Hand von den Platinen geschnitten.

Leuchtdioden

Dioden sind ein Grundelement in der Elektrotechnik. Dioden bilden einen pn-Übergang, sie lassen Strom somit nur in eine Richtung fließen wobei die Stromrichtung von der Polung abhängig ist (vgl. Elektronik Kompendium o. J.). Eine spezielle Form ist die Leuchtdiode: Sie wandelt den Strom in Licht um. Die grundlegende Kenngröße von Dioden – und auch von LEDs – ist in der Halbleiterphysik die Bandlücke, also der Energieabstand zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband der Halbleiterstruktur. Je höher der Energieabstand, desto energiereicher ist die Strahlung, die beim Rücksprung eines Elektrons abgestrahlt wird. Und blaues Licht benötigt – als relativ kurzwelliges und energiereiches Licht – daher eine große Bandlücke: Welt der Physik 2015 / Hennig Riechert): „Mit den Halbleitern, die in den 1960er- und 1970er-Jahren verfügbar waren, geht das einfach nicht. Das waren in der Regel Galliumarsenid und ähnliche Materialien. Diese Materialklasse lässt zwar sehr effiziente rote Emission zu. Aber Blau oder Grün gehen einfach nicht.“ Zwar gab es schon vor den 1990er-Jahren erste blaue LEDs aus dem Halbleitermaterial Siliziumkarbid, allerdings waren diese aufgrund ihrer Materialeigenschaften lichtschwach und ineffizient (Welt der Physik, 2015).

Beleuchtungstechnik

Die Erfindung effizienter und leistungsstarker blauer LEDs ebnete den Weg zu energiesparenden weißen Lichtquellen. Dies wurde als eine so entscheidende Weichenstellung angesehen, dass sie den Erfindern Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura 2014 den Nobelpreis für Physik einbrachte; für Physik ungewöhnlich, dass direkte Anwenderprodukte ausgezeichnet werden.

Seit der Erfindung blauer, weißer und immer leistungsstärkerer Leuchtdioden (LED) erleben diese einen rasanten Anstieg in vielfältigen Anwendungsbereichen. Neben der klassischen Nutzung für elektronische Anzeigen und Warnlichter, hat die Technologie jetzt Einzug in die Beleuchtungstechnik und z. B. für Bildschirme und hochauflösende Videowände gefunden. Diese sind häufig mit hohen Materialanforderungen verbunden, die wiederum ressourcenrelevant sind. LEDs sind wesentlich energiesparender als die alten Glühlampen und benötigen auch nur die Hälfte der Leistung gleich heller Leuchtstofflampen. Es gibt aber auch Herausforderungen bei der Ausbreitung der LEDs. Aus Nachhaltigkeitssicht stellt der Bedarf an Seltenen Erden, insbesondere Terbium und Europium werden als Lichtemitter genutzt, Yttrium und Cer als Träger der Leuchtschicht. Aktuell findet daher eine Entwicklung statt, die mit immer weniger und bei den Trägermaterialien sogar ganz ohne Seltene Erden auskommt. (ISE, o. J.)

Rohstoffe für Leuchtdioden

Leuchtdioden bestehen aus einem Halbleiterchip, einem Reflektor mit Kontakt zur Kathode, einem Anschluss aus Golddraht für die Anode und einer Linse (vg. Leuchtmittelmarkt 2021). Für ihre Herstellung von Leuchtdioden werden bisher verschiedene Metalle der Halbleitertechnik wie Gallium (Hauptgruppenelement) oder Gadolinium, Yttrium, Cer, Terbium, Europium und Lutetium (Lanthanoide oder sogenannte “Seltene Metalle”, Verwendung als Dotierungs- und Leuchtmittel, vgl. ISE o. J.) in sehr geringen Mengen verwendet. Obwohl diese Mengen (für Leuchtdioden, nicht jedoch für Magneten z. B. in Windenergieanlagen) nur gering sind, führt die große Anzahl der produzierten Leuchtdioden zu einem hohen Anteil des Weltmarkt-Verbrauchs. Darüber hinaus wird die Halbleiterfähigkeit durch den Einsatz von Phosphor (p-Material) hergestellt – und Phosphor ist ebenfalls eine nicht unbegrenzt verfügbare Ressource (vgl. top agrar (2021), die vor allem in der Landwirtschaft als essentieller Dünger benötigt wird.

Die Metalle für die Halbleitertechnik und somit für Leuchtdioden gehören fast alle zu den Metallen mit einer hohen Kritikalität aufgrund der Konzentration des Weltmarktes. Im Jahr 2022 belief sich die Produktion von Seltenen Erden auf 300.000 t (statista 2023). Die Reserven belaufen sich auf geschätzt 120 Mio. t für alle Elemente der Seltenen Erden (ISE o. J.). China dominiert diesen Markt mit fast ⅔ der Weltjahresproduktion (statista 2023). Nach 2010 hat China den Export eingeschränkt bzw. verboten, damit war die Produktion wichtiger Güter wie z. B. die Generatoren für Windenergieanlagen in Europa und den USA stark gefährdet (vgl. Süddeutsche Zeitung 2014).

Gewinnung der Leuchtstoffe

Seltene Erden werden zumeist zusammen mit Zirkonium, Eisen oder Uran, vor allem in China, abgebaut. Die Herstellung der reinen Elemente ist sehr aufwändig, da die Seltenen Erden eine gleiche Elektronenstruktur haben. Die äußerste reaktive Schale liegt bei ihnen “innen” – sie unterscheiden sich also nicht in der chemisch reaktiven obersten Elektronenschale. Zur Abtrennung von anderen Gesteinen werden die Mineralien gemahlen und dann durch aufwendige Prozesse, wie magnetische und elektrostatische Verfahren oder durch Flotation, getrennt. Mit Salzsäure gewinnt man ein Konzentrat von Seltenen Erden (REO-Konzentrat, ISE o. J.). Durch Rösten (Oxidation), Reduktion, Lösung oder Fällung werden immer Gruppen der REO voneinander getrennt. Die eigentliche Gewinnung der reinen Metalle erfolgt dann über Ionenaustauschprozesse an geeigneten Trägermedien.

Gallium ist im Unterschied zu den Seltenen Erden – die nicht wirklich selten sind, sondern in geringem Umfange gewonnen werden – tatsächlich selten. Die größten Anteile sind 0,008 Prozent in Bauxit (dem Grundstoff für Aluminium, ISE o. J.). Es wird vor allem aus den Rückständen der Gewinnung von Aluminium, Zink und Germanium gewonnen. Die Reserven werden auf 1.6 Mio. t geschätzt. Ein Verfahren ist das alkalischen Lösen von Bauxit. Es bilden sich Aluminiumhydroxid und Natriumgallat, welches vom Aluminiumhydroxid abgetrennt werden kann, da es sich in der Natronlauge anreichert und das Aluminiumhydroxid ausfällt. Aus der Lösung wird es dann ausgefällt und elektrolytisch als Metall gewonnen werden (ebd.). Die Jahresproduktion von Gallium betrug 2014 rund 440 t (HZDR 2016).

Rohstoffbedarf für die Beleuchtungsindustrie

Ohne Frage ist die LED-Technik die Zukunft der Beleuchtungstechnik. Es stellt sich aber die Frage, ob die Energieeffizienz der LED-Technologie nicht zu verstärkten Bedarfen an den LED-Metallen führt. Hierzu hat ISE eine modellhafte Kalkulation durchgeführt (ISE o. J.). Hierzu wurden typische LED mit 110 lm/W und 1 Watt Leistung verglichen mit T8 Leuchtstoffröhren mit einer Lichtausbeute von 90 lm/Watt sowie 30 Watt Stromverbrauch. Die LED-Leuchte hat einen Galliumnitrid-Chip mit einer Leuchtstoffbeschichtung von 4 mg/mm2. Die Leuchtstoffröhren hat einen Chip mit 456 cm2 Fläche und etwa 2,5 mg/cm2 Phosphorbeschichtung. Die Leuchtstoffröhre erzeugt demnach 2.700 Lumen Licht und enthält 1.140 mg Phosphor. Um die gleiche Lumenanzahl zu erzeugen, wären 25 Leds mit insgesamt 100 mg Phosphor notwendig. Dies bedeutet für den Einsatz von Seltenen Erden (ISE o. J.): “Es scheint, dass die verwendeten Leuchtstoffe fast genau die gleichen Mengen an Seltenen Erden enthalten, da die Mechanismen zum Erzeugen des sichtbaren Lichts grundsätzlich die gleichen für eine LED und einen Leuchtstofflampe sind. Die erforderliche Menge an Phosphor und damit an Seltenen Erden pro erzeugter Lichtmenge ist für LEDs entschieden niedriger als für Leuchtstoff. Beachten Sie, dass wir hier nicht den Stromverbrauch bei der Beleuchtung diskutieren. Die LED-Leuchten verbrauchen weniger Leistung, aber sie brauchen deutlich weniger seltenen Erden, um dies zu tun.”

Recycling von Leuchtdioden

LED-Technologie ist derzeit die Beleuchtungstechnik der Zukunft. Dies ist insbesondere für Deutschland ein wichtiger Markt, denn hier sitzt der weltweit wichtigste LED-Hersteller Osram mit einem Umsatz von 5 Mrd. Euro im Jahre 2020 (Statista, 2023). Mit technischem Fortschritt und höherer Leistung steigen die Anforderungen an die Materialien, z. B. muss die transparente Kapsel immer höhere Temperaturen aushalten. Gleichzeitig sollen Seltenen Erden eingespart werden. Die Arbeitsgruppe um Prof. Guido Kickelbick an der Saar-Uni hat mit Industriepartnern (Osram, BASF) ein Verkapselungsmaterial entwickelt, das langlebige und günstige LEDs ohne Seltene Erden ermöglicht (Werkstoffe in der Fertigung, o. J.).

Die Materialien der LEDs lassen sich prinzipiell gut recyceln. Im Gegensatz zu Energiesparlampen sind LED quecksilberfrei und müssen deshalb nicht als Sondermüll entsorgt werden. Hauptbestandteile der Leuchten und wertvolle Metalle der Diode wie Indium oder Cadmium können automatisch getrennt, herausgelöst und wiederverwendet werden. Sauberes Glas dient zur Produktion neuer Lampen, während Mischglas dem üblichen Glas Recycling zugeführt wird. Allerdings stellt gerade der mittlerweile erfreulich niedrige Bedarf an Seltenen Erden ein Problem dar. Er erschwert das Recycling dieser Stoffe. Denn die geringen Anteile dieser Elemente pro LED bei gleichzeitig extremer Streuung ihrer Anwendung verhindern die Rückgewinnung in der Praxis in den meisten Fällen (ISE, o. J. und MVV-Partner, 2018). Der Sammel-, Arbeits- und damit finanzielle Aufwand rechnet sich gegenwärtig kaum.

Leitungen

Für alle Leitungen gilt: Häufig ist innen als Leitermaterial Kupfer und außen als Ummantelung Kunststoff (außer bei Freilandstromleitungen, die auch aus Aluminium sein können), oder als klassischer Ummantelung als geschichtetes Dielektrikum aus lagenweise gewickeltem und getränkten Papier, welches aufgrund seiner guten dielektrischen Eigenschaften auch heute noch bei Hochspannungskabeln zum Einsatz kommt (Hradil o. J.).). Kupfer leitet Strom und die Ummantelung/Isolierung schützt diese innenliegende Kupferader vor Witterung, Feuchtigkeit, Hitze und Kälte. Dafür können je nach Anforderungsprofil unterschiedliche Stoffe verwendet werden.

Leitungsaufbau

Der Aufbau von Leitungen ist häufig komplex: Sie können Litzen, Isolationen, Schirmungen, Bandierungen, Geflechte, Verseilungen und verschiedene Ummantelungen umfassen. Die Realität ist deshalb komplex und variantenreich. Leitungen müssen in der Elektronik und Mikroelektronik zudem vielfältige Anforderungen erfüllen:

Resistenz gegenüber aggressiven Umweltbedingungen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Funkenflug und Chemikalien
Hohe Lebensdauer bei millionenfachen Biegewechselzyklen
Trommelbarkeit der Leitungen bei minimalen Radien und bei immer kleineren Leitungsdurchmessern
Hohe elektromagnetische Verträglichkeit
Anpassung an den verstärkten Einsatz von Mikroprozessoren und Subminiatur-Bauelementen (Hradil o. J.)

Im Ergebnis werden Verschiedene Isolations- und Mantelmaterialien angeboten für verschiedene Leitungstypen. Dabei sind ergänzend die Beschaffungskosten, der Materialverbrauch und die unterschiedlichen Verarbeitungskosten zu beachten (Hradil o. J.). Am bekanntesten sind thermoplastische Kunststoffe wie Polyethylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC). Aber bei Ummantelungen von Leitungen spielen auch die gummielastischen Elastomere eine Rolle. Folgende Tabelle gibt die verwendeten Materialien wieder (Hradil o. J.):

Thermoplastische Kunststoffe	PVC Polyvinylchlorid PE Polyethylen PP Polypropylen PA Polyamid Fluorpolymere PTFE Polytetrafluorethylen PVDF Polyvinyldenfluorid ETFE Ethylen-Tetrafluorpropylen PFA Tetrafluorpropylen
Elastomere	EPM Ethylen-Propylen-Kautschuk EPDM Ethylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk NBR Nitril-Butadien-Kautschuk CR Polychloropren CM Chloriertes Polyethylen CSM Chlorsulfoniertes Polyethylen EVA Ethylen Vinylacetat SIR Silikonkautschuk
Thermoplastische Elastomere	TPE-E Thermoplastisches Polyester Elastomer TPE-A Thermoplastisches Polyamid Elastomer TPE-U Thermoplastisches Polyurethan Elastomer PUR TPE-O und TPE-V Thermoplastisches Polyolefin Elastomer TPE-S Thermoplastisches Polystyrol Elastomer
Vernetzte Thermoplaste	VPE Vernetztes Polyethylen EVA, EBA und EFA Ethylen-Co-Polymere

Thermoplastische Kunststoffe PVC und PE

Eine Alternative zu PVC-Leitungen sind PE-ummantelte Leitungen.Technisch-funktional betrachtet sind PVC-Leitungen schwer entflammbar und selbstverlöschend, es können aber zusätzlich Flammschutzmittel eingesetzt werden. PE-Leitungen brennen leichter und müssen deshalb mit Flammschutzmitteln (Aluminiumhydroxid oder Bromhalogene) geschützt werden. Im Zusammenhang mit PVC-Bränden wird häufig die Gefahr der Dioxinbildung betont. Bekannt ist, dass die Chlorverbindungen die Bildung von Dioxinen begünstigen. In Bezug auf die akute Toxizität der Brandgase spielen Dioxine aber nur eine untergeordnete Bedeutung, sie werden vor allem an Brandrückständen gebunden (FNB o. J., VZ 2022). Bei PVC-Leitungsbränden entwickelt sich außerdem eine wesentlich höhere Rauchdichte als bei halogenfreien Leitungen. Dies führt zur Behinderung von Löscharbeiten und damit zu indirekten Gesundheitsgefahren. Aus den genannten Gründen schreibt der Verband der Sachversicherer für Bereiche mit Menschenansammlungen und mit unwiederbringlichen oder hohen Sachwerten halogenfreie Leitungen vor (ebd.).

Im Zentrum der ökologischen Bewertung bei PVC-Leitungen stehen die langfristigen Schädigungspotentiale durch Brände (Dioxine und Salzsäure, VZ 2022), die Weichmacher und die Flammschutzmittel sowie das Recycling. Auf der anderen Seite stehen die beiden anderen Dimensionen der Nachhaltigkeit: Soziales im Sinne der Sicherheit von Leitungen und die ökonomische Dimension. Dies bedeutet, dass nachhaltigere Alternativen nicht zu so hohen Kosten führen dürfen, dass die Nutzung (stark?) eingeschränkt werden müsste oder nicht erschwinglich wäre.

In ihrer Studie “PVC und Nachhaltigkeit” bewertet die Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e.V. (KRV 2007) die kürzer- und mittelfristigen Perspektiven (bis 2020) von PVC-Leitungen als günstig. Ausschlaggebend ist dabei der deutlich geringere Preis gegenüber Leitungen aus Polyolefinen (PE). Dem stehen zwar ökologische Risiken (höhere toxische und ökotoxische Emissionen) gegenüber, diese sind aber zu einem Teil durch kurzfristige technische Maßnahmen reduzierbar und unterliegen bereits gesetzlichen Regelungen.

Die mittel- bis langfristigen Perspektiven für PVC-Leitungen werden als ungünstig eingeschätzt. PVC hat gegenüber PE klare Nachteile im ökologischen Bereich. Die Möglichkeiten für eine Verbesserung der Position sind begrenzt: einerseits wegen des höheren Materialgewichts, andererseits lassen sich die Nachteile von PVC-Leitungen im Bereich der potentiellen Risiken durch Brandfolgen, Weichmacher (und ggf. Flammschutzmittel) ebenfalls nur begrenzt verringern, da sie materialspezifisch sind (FNB o. J.). Langfristig, d.h. innerhalb eines Zeithorizonts bis etwa 2050, wird die Verknappung der Rohstoffbasis (Erdöl, Erdgas) relevant. Dies betrifft PVC- und PE-Leitungen in ähnlicher Weise, wobei PVC-Leitungen noch länger auf die fossile Rohstoffbasis setzen könnten, da wegen des Chloranteils nur ca. 50 Prozent des Materials auf Erdölbasis beruhen. (Kolb 2022)

Elastomere

Elastomere (Elaste) sind Kunststoffe, denen eine Gummielastizität eigen ist. Sie finden nach Verformung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück, sind aber elastisch. Die Molekülketten von Elasten sind durch Hauptvalenzen weitmaschig und miteinander vernetzt. Sie sind unlöslich gegen Lösungsmittel, können jedoch aufquellen (Maschinenbau-Wissen o. J.). Elastomere werden Fraktionen der Erdölraffination hergestellt unter Nutzung von speziellen Katalysatoren (Ziegler-Natta-Verfahren mit Vanadium-Verbindungen und Aluminium-Alkylchloriden, vgl. Chemie.de o. J.). Aus Sicht der Nachhaltigkeit sind diese Elastomere nur schwer zu bewerten. Zum einen war es ein großer technischer Fortschritt, eine Alternative zum Naturkautschuk zu haben. Würde man heute nur noch diesen verwenden, so würde es mit Sicherheit keinen Amazonas-Regenwald mehr geben. Andererseits wird synthetischer Kautschuk aus Erdöl-Fraktionen hergestellt, einer nicht-erneuerbaren Ressource unter Emissionen von Treibhausgasen.

Recycling von Leitungen

Umgangssprachlich wird häufig von Kabeln gesprochen, Kabel werden jedoch im Erdreich und im Meer verlegt (vgl. Elektronik Kompendium 2012). Beim Recycling hat sich jedoch der Begriff “Kabel” klar durchgesetzt. Eine Google-Suche nach „Kabelrecycling“ ergibt 34.000 Treffer im deutschsprachigen Netz, “Leitungsrecycling” nur einen Treffer. Deshalb wird im Rahmen des Recyclings hier immer von “Kabeln” gesprochen.

In allen elektronischen Geräten sind Kabel bzw. Leitungen enthalten. In Deutschland fallen jährlich etwa 150.000 Tonnen Altleitungen an (IST o. J.). Diese enthalten Kupferlitzen, um den Strom zu leiten. z. B. in Autos stecken viele Leitungen, laut auto.de bis zu acht Kilometer je Fahrzeug (auto.de 2014). Manche Leitungen sind durch Aluminiumumwicklungen vor Stromfeld- und Funkwellen Störungen geschützt. Kupfer lässt sich, sobald es von den Ummantelungen gereinigt wurde, in Kupferhütten einschmelzen und neu formen (Scheideanstalt o. J.). Für das Recycling spielt die sortenreine Trennung von Kupferader und der Ummantelung eine bedeutende Rolle. Beim Kabelrecycling werden die kompletten Kabel zunächst in einer Kabelgranulieranlage, einer Art großem Mahlwerk , “geschreddert”, um anschließend mittels der Verkugelungsmühle Bestandteile der Ummantelung von metallischen Anteil zu trennen (Stokkermill, 2020).

Im Gegensatz zum Kupfer ist das Recycling der isolierenden Ummantelungen wesentlich komplizierter. Ökologische Verbesserungen für die Isolation – im Folgenden am Beispiel PVC dargestellt, was aber auch für die anderen Ummantelungen gilt – könnten insbesondere durch einen geschlossenen Stoffkreislauf erzielt werden. Hier stehen die Entwicklungen aber noch in den Kinderschuhen, z. B. beim „Vinyloop“ Verfahren, mit dem recyceltes PVC wieder für die Leitungsproduktion verfügbar gemacht werden sollte (Kunststoff Web, 2018). Bisher funktioniert bei den Ummantelungen nur “Downcycling”, also die Verwendung der recycelten Kunststoffe für Nutzungen mit geringeren Anforderungen.

Obsoleszenz von Elektro- und Elektronikgeräten

Für jedes energieverbrauchende Gerät wird Energie gebraucht, um es herzustellen. Selbst bei energie- und wassereffizienten Waschmaschinen beträgt die Umweltbelastung durch die Herstellung immer noch 20 Prozent (UBA 2016). Haushaltsgeräte, Maschinen und Geräte werden meist solange genutzt, bis sich Reparaturen nicht mehr lohnen. Allerdings verkürzt sich die Nutzungsdauer vieler Geräte seit einigen Jahren. Schon 2015 zeigte sich die Tendenz (vgl. Öko-Institut 2015). Die Lebensdauer von großen Haushaltsgeräten sank um ein Jahr von 14 auf 13 Jahre. Bei einem Drittel der Geräte war dieses noch funktionstüchtig, bei zwei Dritteln war der Grund ein technischer Defekt (ebd.). Gleichzeitig stieg der Anteil der Geräte, die aufgrund eines Defektes schon nach 5 Jahren ersetzt werden mussten: Von 3,5 auf 8,3 Prozent. Der Verdacht, dass eine geplante Obsoleszenz die Ursache ist (Einbau von minderwertigen Bauteilen zwecks Begrenzung der Lebensdauer) wurde zeitnah durch eine Studie widerlegt (ingenieur.de / UBA 2016): “Eine geplante Obsoleszenz, also ein vom Hersteller in Elektrogeräten eingebauter künstlicher Verschleiß, existiert nicht. „Eine gezielte kurze Produktlebensdauer, die die Hersteller mittels eingebauter Mängel erzeugen – die sogenannte geplante Obsoleszenz – kann in der aktuellen Studie nicht nachgewiesen werden“ (UBA 2016 und ingenieur.de 2016).

Neben der – bisher vermuteten, aber widerlegten – geplanten Obsoleszenz gibt es noch die psychologische und die technische Obsoleszenz (vgl. Öko-Institut o. J.). Psychologische Obsoleszenz liegt vor, wenn Produkte vor allem deshalb gekauft werden, weil sie neu, modern oder angesagt sind. Insbesondere bei Smartphones werden Nachfolgemodelle mit teilweise schwer zu bewertenden funktionalen Verbesserungen wie z. B. der Auflösung der Kameras auf den Markt gebracht, die dann überschwänglich beworben werden (vgl. apple 2022). Diese “hohe” Innovationsgeschwindigkeit bei IKT-Produkten führt möglicherweise zu einer verkürzten Nutzungsdauer, so dass Notebooks oder Smartphones teilweise nur drei Jahre genutzt werden, bevor wieder ein neues Gerät angeschafft wird. Hinzu kommt, dass auch die steuerliche Abschreibung es ermöglicht, Hardware alle drei Jahre abzuschreiben (Handwerk 2022).

Psychologische Obsoleszenz hat große Auswirkungen auf die Ressourcennutzung. Auch wenn Computer und Smartphones tendenziell kleiner und leichter werden, wird die Herstellung kleinerer Technologien noch ressourcenintensiver. Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Chips. Vor 2000 lag die Fertigungstechnik noch bei Mikrometern, also 1.000 Nanometern. Anfang der 2000er gelang es Intel mit 90 nm unter die Schwelle von 0,1 Mikrometern zu kommen – es wurde als Aufbruch ins Nanometer-Zeitalter gefeiert (vgl. Neue Zürcher Zeitung 2004). Inzwischen sind die Chiphersteller beim 2 Nanometer-Bereich angekommen – und es wird von einem neuen KI-Zeitalter geträumt (Spektrum 2021).

Die dritte Form der Obsoleszenz – die technische Obsoleszenz – kann verschiedene Gründe haben. Zum einen kann sie werkstofflich bedingt sein. Alltagsprodukte sind keine Produkte der Raumfahrt – für Hersteller ist es ökonomisch nicht möglich, immer die teuersten Materialien zu nutzen. Der Gesetzgeber geht von einer zweijährigen Nutzungszeit im Allgemeinen aus (bei Bauvorhaben von dreißig Jahren) und schreibt eine Garantie vor. Zwei Jahre sind aber z. B. für Haushaltsgüter und für industrielle Maschinen und Geräte eindeutig zu wenig. Inzwischen trauen sich viele Hersteller, lange Garantiezeiten zu geben: Für Kraftfahrzeuge gibt es schon mehrjährige Mobilitätsgarantien oder Garantien für die Lebensdauer einer Lithium-Batterie. Hersteller von PV-Modulen versprechen sogar 20 Jahre Garantie.

Bei IT-Produkten kommt häufig noch der Sonderfall ökonomische Obsoleszenz hinzu (vgl. Öko-Institut). Dies kann zum einen bedeuten, dass die Reparaturkosten nicht im Verhältnis zu einem Neukauf stehen. Ein Beispiel hierfür ist die Apple Watch, wo die Reparatur des Deckglases ca. 140 € kostet und eine neue Uhr für ca. 370 € zu kaufen ist. Gleiches gilt für den Bildschirm des MacBook Pro: Eine Reparatur kostet 800 Euro, ein neues MacBook ca. 2.200 Euro (eigene Recherche der Preise des Autors). Auch Software von IT-Geräten kann funktionstüchtige Geräte unattraktiv machen, wenn sie anfällig für Schadangriffe werden. So listen sowohl Samsung, Microsoft als auch Apple ältere Geräte (Samsung und Apple) oder Betriebssysteme (Windows) aus und vergeben keine Updates mehr. Im Ergebnis gibt es keine neuen Sicherheitspatches oder die Geräte werden nicht mehr zur Reparatur angenommen.

Quellenverzeichnis

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SDG 13 Maßnahmen zum Klimaschutz

“Umgehend Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen ergreifen”

Das SDG 13, gehört zu den besonders zentralen Nachhaltigkeitszielen und zielt darauf ab den Klimawandel als globale Bedrohung, die bereits heute jedes Land auf allen Kontinenten betrifft und sich negativ auf die Volkswirtschaften und das Leben jedes Einzelnen auswirkt, zu begrenzen.

Für jedes Berufsbild ist insbesondere das folgende Unterziel von Relevanz (Destatis 2022):

SDG 13.3 “Die Aufklärung und Sensibilisierung sowie die personellen und institutionellen Kapazitäten im Bereich der Abschwächung des Klimawandels, der Klimaanpassung, der Reduzierung der Klimaauswirkungen sowie der Frühwarnung verbessern”

Die Schnittmengen mit der Standardberufsbildposition liegen vor allem in der Reduzierung der direkten und indirekten Emissionen (Belastung der Umwelt), der nachhaltigen Nutzung von Energie sowie der Reflexion des beruflichen Handelns und der kooperativen Arbeit im Betrieb und mit den Kunden und Kundinnen (vgl.: BIBB 2020):

a) Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

c) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln

d) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren

Ursachen des Klimawandels

Der Klimawandel wird durch die Emission von Treibhausgasen verursacht. Zahlreiche Gase (Treibhausgase) sind verantwortlich für den Klimawandel. Ihnen gemeinsam ist ihre Undurchlässigkeit für die (Infrarot-)Wärmestrahlung. Dies führt bekanntlichermaßen zum Klimawandel, denn die Sonne erwärmt die Erde und die Wärme kann nicht als Infrarotstrahlung wieder ins Weltall abgestrahlt werden, da die Treibhausgase diese Strahlung nicht durchlassen, sondern absorbieren. Die verschiedenen Treibhausgase tragen in unterschiedlichem Maße zum Klimawandel bei. Die Stoffe bleiben zudem unterschiedlich lange in der Atmosphäre, weshalb sie unterschiedlich lange zum Treibhauseffekt beitragen. Das IPCC (International Panel for Climate Change) definiert deshalb ein GWP Global Warming Potential (Erwärmungswirkung für den Klimawandel) eines Stoffes in hundert Jahren im Vergleich zu Kohlendioxid CO2 wie folgt (vgl. My Climate (o. J.):

Kohlendioxid CO2: 1 (Bezugswert)
Methan CH4: 28
Stickstoffdioxid N2O: 265
Lachgas N2O: 298
FCKW (weltweit verboten) > 12.000

Die Quellen der Emissionen verteilen sich wie folgt (UBA 2021):

Energiesektor: Wenn man aber Wärme und Strom den Verbrauchern zurechnet, so ist der Energiesektor für rund 29 Prozent aller Emissionen verantwortlich. Betrachtet man nicht die Sektoren, sondern die Prozesse, so ist der gesamte Energiesektor zur Erzeugung von Wärme oder Strom für rund 46 Prozent aller Emissionen verantwortlich, hinzu kommt die Eigenstromerzeugung von Industrie, Deutscher Bahn usw. die den jeweiligen Sektoren zugerechnet wird..
Verarbeitendes Gewerbe: 16 Prozent entfallen auf das verarbeitende Gewerbe mit seiner sehr großen Spanne an Tätigkeiten. Besonders relevant sind sich das metallverarbeitende Gewerbe (z. B. Gießereien), die Herstellung von Gläsern sowie Gewerbe, die hohen Kühl- und Wärmebedarf haben (Fleisch- und lebensmittelverarbeitendes Gewerbe)
Verkehr: Dieser Sektor ist für rund 20 Prozent aller Emissionen verantwortlich.
Industrieprozesse: Die Industrieprozesse gehören zum Verarbeitenden Gewerbe und sind für fast 8 Prozent aller Emissionen verantwortlich. Die größten Anteile entfallen auf die Produktion von Stahl und Zement sowie die chemische Industrie. Hierbei geht es meist nicht um energetische Prozesse, sondern um stoffliche (z. B. Reduktion von Eisenoxid zu Eisen), wo nicht einfach eine andere (erneuerbare) Energiequelle genutzt werden kann.
Feuerungsanlagen tragen zu rund 17 Prozent der Emissionen bei. Dies sind z. B. Gas- und Ölheizungen.
Landwirtschaft: Ackerbau und Viehzucht verantworten rund 8 Prozent der THG-Emissionen. Die größte Quelle ist die Methanemission der Rinder (aufgrund des Gärungsprozesses in den Mägen). Aus der Mist- und Güllelagerung entweicht gleichfalls Methan. Stickstoffdünger zersetzt sich auf den Feldern zu Lachgas (N2O), welches noch klimaaktiv ist.
Fluor-Gase und Lösemittel: Zur Herstellung vieler Produkte werden diese Gase verwendet. Entweder werden die Gase in der Produktion freigesetzt oder sie emittieren aus den Produkten. Beispiele sind Dämmstoffe, Feuerlöscher, Lacke, Schallschutzfenster und Klimaanlagen. Hinzukommen noch Lösemittel z. B. in Klebern, Lacken und Druckfarben. Allein die Fluro-Gase sind für 1,7 Prozent der THG-Emissionen verantwortlich.Die Abfallwirtschaft verursacht nur rund 1 Prozent der Emissionen.

Energieeinsparung durch Energieeffizienz

Energie ist der Schlüssel nicht nur für ein Leben im Wohlstand, sondern auch für die Erfüllung aller Grundbedürfnisse. Die Nutzung von Energie ist aber die Hauptursache für den Klimawandel. Es kommt also darauf an, Energie so zu erzeugen, dass das Klima möglichst wenig belastet wird. Elektroniker und Elektronikerinnen können hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten, indem sie Prozesse und Produkte so auslegen oder steuern, dass ein maximaler Wirkungsgrad der Energieerzeugung oder -nutzung erreicht wird.

Die Ladeverluste eines Elektroautos an einer Wallbox in der Garage betragen zwischen 6 und 10 Prozent (ADAC 2022). 1 Mio. Pkws verbrauchen rund 2.000 GWh (BMUV o. J., 2.000 kWh / Pkw*a), es entstehen Verluste bis zu 200 GWh. Nach dem deutschen Strommix verursacht eine Kilowattstunde in 2021 ca. 440 g CO2-Äq (UBA 2022). Durch die Ladeverluste entstehen so bis zu 88.000 t CO2-Äq.

Klimaschutz durch Innovationen

Klimaschutz kann wirkungsvoll durch zwei weitere Ansätze betrieben werden: Die aufgewendete Energie eines Energieträgers zu nahezu 100 Prozent in Nutzenergie umzuwandeln oder den Verbrauch von Energie durch intelligente Steuerung ganz zu vermeiden. Dies zeigen die folgenden Beispiele:

In Deutschland werden auf ca. 1.300 ha Gemüse unter Glas oder begehbaren Schutzabdeckungen angebaut. Dies entspricht einer Fläche von 13 Mio. m2. Nimmt man an, dass man bei einer Solaranlage für 1 kWp Leistung rund 8 m2 benötigt, so wäre diese Fläche ausreichend für eine Leistung von ungefähr 1,6 Mio. kWp. bzw. einer Spitzenleistung von 1.600 MW. Dies entspricht der Leistung von 320 großen Offshore-Windenergieanlagen von 5 MW. Wenn man diese Gewächshäuser mit PV-Modulen bedecken könnte. Pflanzen benötigen aber Licht zum Wachsen, weshalb die üblichen Module nicht verwendet werden können. Eine Studie der North Carolina State University hat ein Projekt im Tomatenanbau in drei US-Bundesstaaten durchgeführt (RESET 2020). Organische Solarzellen sind sehr leicht, haben sehr geringe Kosten und können halbtransparent ausgeführt werden. Werden sie auf einem Glas befestigt, ersetzen sie das Glasdach, wodurch weitere Kosten eingespart werden. Es ist auch möglich, dass die organischen Solarzellen nur Lichtfrequenzen für die Stromerzeugung nutzen, die die Pflanzen nicht benötigen. Die “richtigen” Lichtfrequenzen werden dann durchgelassen. In der Schweiz wurde von der Firma Voltiris ein ähnliches Verfahren eingesetzt (golem 2022). Hier lenken semitransparente Spiegel bestimmte Wellenlängen des Lichts auf PV-Module, die senkrecht hängen, also nicht verschatten. Der Wirkungsgrad transparenter Solarmodule liegt inzwischen durchaus bei 10 bis 15 Prozent – somit könnte trotzdem eine erhebliche Leistung durch die Dacheindeckung von Gewächshäusern ohne Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums bereitgestellt werden (solarenergie 2021).
Haushalte nutzen besonders viel Energie, wenn sie sich im eigenen Haus oder der eigenen Wohnung aufhalten. Bei Arbeitnehmer*innen ist dies aber viele Stunden am Tag nicht der Fall, wenn sie arbeiten gehen. Trotzdem sind Geräte im Stand-by und auch die Heizung läuft weiter. Die Verbraucherzentrale NRW hat in einem Modellprojekt das Energieeinsparpotential durch smarte Technik evaluiert (VZ NRW 2020). Hierbei wurden die Beleuchtung, Rollläden, die Heizung und smarte Haushaltstechnik (Staubsauger, Kameras, smarte Lautsprecher u. a.) betrachtet. Die Studie kommt zum Ergebnis von einer Energieeinsparung bei Eigenheimen von rund 10 Prozent, bei Wohnungen auf 6 Prozent. In Deutschland gibt es rund 43 Mio. Haushalte bzw. Wohnungen, die sich zu 50 Prozent auf Eigenheime (Einfamilien und Doppelhäuser) und zu 50 Prozent Mehrfamilienhäuser verteilen (destatis 2021). In 2020 verursachten die Haushalte 207 Mio. t THG-Emissionen. Berechnet man die unterschiedlichen Einsparpotenziale (103,5 Mio. t CO2-Äq * 50 Prozent*10 Prozent bzw. 6 Prozent) so könnten bis zu 16 Mio. t CO2-Äq durch smarte Technik eingespart werden.
Eine vollständige Einführung von smarter Technik wäre wünschenswert, aber angesichts der hohen Bedenken der Bevölkerung gegenüber smarter Technik und noch mehr gegenüber den Herstellern dieser Technik sollten zunächst für Lösungen geworben werden, die auch Vertrauen schaffen. Ein Beispiel hierzu sind smarte Thermostate. Thermostate sind in jedem Haushalt und die allermeisten Nutzer wissen um ihre Funktionalität. Im Unterschied zu Thermostaten, die mit Hand gestellt werden, regulieren sich smarte Thermostate über die Nutzungseinstellungen (Temperatur und Zeit). Sie können aber noch mehr, z. B. mit Geofencing arbeiten (Spiegel 2022; tado o. J.; viessmann o. J.). Geofencing bedeutet z.B, dass ein System erkennt, ob der Nutzer oder die Benutzerin anwesend ist oder nicht. Im Falle der Heizungssteuerung würde die Heizung herunterfahren oder die Thermostate schließen, wenn über das Smartphone das Positionssignal des Nutzers oder der Nutzerin das Verlassen des Hauses gemeldet wird. Mit intelligenten Routinen erkennt die zugehörige App auch, wenn der Nutzer oder die Nutzerin sich auf den Heimweg in die Wohnung macht – und fährt dann die Heizung wieder hoch. Die Heizkostenersparnis wird auf ca. 9 bis 15 Prozent geschätzt (co2online o. J.).

Ressourcensparsamkeit durch Langlebigkeit

Für jedes Gerät wird auch für die Herstellung Energie gebraucht. Selbst bei energie- und wassereffizienten Waschmaschinen beträgt die Umweltbelastung durch die Herstellung immer noch 20 Prozent (UBA 2016 sowie Öko-Institut 2006). Haushaltsgeräte, Maschinen und Geräte werden meist solange genutzt, bis sich Reparaturen nicht mehr lohnen. Allerdings verkürzt sich die Nutzungsdauer seit einigen Jahren. Schon 2015 zeigte sich die Tendenz (vgl. Öko-Institut 2015). Die Lebensdauer von großen Haushaltsgeräten sank um ein Jahr von 14 auf 13 Jahre. Bei einem Drittel der Geräte war dieses noch funktionstüchtig, bei zwei Dritteln war der Grund für den Neukauf ein technischer Defekt (ebd.). Gleichzeitig stieg der Anteil der Geräte, die aufgrund eines Defektes schon nach 5 Jahren ersetzt werden mussten von 3,5 auf 8,3 Prozent. Der Verdacht, dass eine geplante Obsoleszenz die Ursache ist (Einbau von minderwertigen Bauteilen zwecks Begrenzung der Lebensdauer) wurde durch eine Studie widerlegt (ingenieur.de / UBA 2016): “Eine geplante Obsoleszenz, also ein vom Hersteller in Elektrogeräten eingebauter künstlicher Verschleiß, existiert nicht. „Eine gezielte kurze Produktlebensdauer, die die Hersteller mittels eingebauter Mängel erzeugen – die sogenannte geplante Obsoleszenz – kann in der aktuellen Studie nicht nachgewiesen werden“. Der Grund für die frühe Obsoleszenz dürfte daher eher in allgemeiner gewinngetriebener Billigproduktion liegen, ohne das bestimmte Teile „extra früh” kaput gehen.

Hier sind zwei Beispiele für Einsparungen durch längere Haltbarkeit:

Berechnet man das THG-Potential für die Herstellung und die Nutzungszeit, so zeigen sich deutliche Unterschiede. Das Öko-Institut hat diese z. B. für Waschmaschinen bilanziert (UBA 2016 sowie Öko-Institut 2006). Bei einer Nutzungsdauer von 5 Jahren fallen in 20 Jahren insgesamt (d.h. von dann insgesamt 4 gekauften Waschmaschinen 3,7 t CO2-Äq an. Beträgt die Lebensdauer 10 Jahre, so verteilt sich der Herstellungsanteil der Emissionen auf die doppelte Zeitspanne und in 20 Jahren (der Nutzungsdauer von jetzt 2 Maschinen) sinkt die THG-Emission auf ca. 3 t. Wird eine Waschmaschine über die gesamten 20 Jahre genutzt (eine Waschmaschine der Fa. Miele wird vom Autor seit über 30 Jahren störungsfrei genutzt!), so liegt die THG-Emission in den 20 Jahren bei 2,7 t.
Die durchschnittliche Nutzungsdauer digitaler Endgeräte beträgt 5 Jahre.
Bei der Herstellung eines Laptop mit SSD-Festplatte werden 311 kg THG-Emissionen verursacht (Öko-Institut 2020) Die Verlängerung der Nutzungszeit bedeutet THG-Einsparung. Ein Beispiel:
Für die Rechner für eine Computer-Schulklasse mit 30 SSD-Laptops werden also bei der Produktion insgesamt 9.330 kg THG emittiert. Bei 5-jähriger Laufzeit beträgt das 1.866 kg /Jahr. Bei 7-jähriger Laufzeit sind das 1.333kg/Jahr, also eine Einsparung 533 kg THG/Jahr. Unabhängig von der Nutzungsdauer der Geräte kommen natürlich noch die Emissionen aus dem Energieverbrauch während der Nutzung hinzu. Diese betragen bei 13 W pro Gerät angenommenen 1.000 Nutzungsstunden pro Jahr und einem CO2-Faktor von 450 g/kWh (und weiterhin 30 Geräten) ca. 175 kg CO2-Äq (Öko-Institut, 2020).

Es ist offensichtlich, dass Elektroniker und Elektronikerinnen einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Produkten haben können. Grundlage für eine lange Lebensdauer wäre es, die üblichen Lebensdauerkennwerte für elektronische Produkte und Bauteile möglichst gut zu nutzen. Beispiele hierfür wären (vgl. UBA 2020): MTTF Mean Time to Failure (statistische Größe der mittleren Ausfallzeit von 63 Prozent), MTTR Mean Time to Repair (Reparaturzeit bis zur Wiederherstellung), Ausfallrate (Wahrscheinlichkeit des Ausfalls in einem bestimmten Zeitintervall), AFR Annual Failure Rate (Anteil der Produkte in Prozent, die innerhalb eines Jahres ausfallen), FIT Failure in Time (Anzahl der Fehler je 1 Mrd. Betriebsstunden) oder die POH Power on Hours / Betriebsstunden (empfohlene Betriebsdauer des Gerätes).

Lebenszyklus und Kreislauffähigkeit

Das zentrale Ziel einer zirkulär organisierten Kreislaufwirtschaft ist es, möglichst viele Abfälle zu vermeiden, indem Altprodukte wieder-oder weiterverwendet, repariert oder aufgearbeitet werden. Allerdings ist auch in einer kreislauforientierten Ökonomie die Entstehung von Reststoffen und Abfall nicht in Gänze vermeidbar. Kreislauffähiges Wirtschaften zielt dabei darauf ab, bereits bei der Planung die spätere Wieder- und Weiterverwendung und danach Materialrecycling mit zu berücksichtigen. Auch nach der Nutzungsdauer der Produkte sollen also keine Abfälle anfallen, die entsorgt werden müssten. Anfallende Reststoffe sind dagegen mittels Recycling optimal zu nutzen und Abfallströme ressourceneffizient zu Sekundärrohstoffen aufzubereiten und anschließend in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Dabei versteht man unter Recycling die Rückführung von Produktions- und Konsumabfällen in den Wirtschaftskreislauf. Voraussetzung dafür ist eine Infrastruktur, die über Prozesse und Verfahren verfügt, die in der Lage ist, verschiedenste Materialien sortenrein zu trennen und in unterschiedliche Fraktionen aufzuteilen.

Noch ist Deutschland weit entfernt von einer zirkulären Kreislaufwirtschaft, wie das Beispiel Elektro- und Elektronikschrott zeigt. Im Jahr 2020 wurden insgesamt 2,84 Mio. t Elektro- und Elektronikgeräte in Deutschland in den Verkehr gebracht (UBA 2022). Zwar ist die Menge der in Deutschland getrennt gesammelten Elektroaltgeräte im Jahr 2021 auf 1,07 Mio. t gestiegen, was gegenüber dem Vorjahr einen Anstieg um 0,3 Mio. t darstellt. Allerdings ist im selben Zeitraum auch die Menge der in den Verkehr gebrachten Elektrogeräte erheblich gestiegen.

Am Beispiel Smartphones lässt sich gut zeigen, welche Potentiale für die zirkuläre Kreislaufwirtschaft bestehen. In Deutschland werden jedes Jahr rund 20 Mio. Smartphones verkauft und die alten Geräte wären eine wahre “Goldgrube” für wertvolle und seltene Metalle (ingenieur.de 2020).

Umicor in Belgien ist eines der weltweit führenden Recyclingunternehmen von elektrischen und elektronischen Geräten, das frühzeitig das Potential von Elektroschrott erkannt hat. Aus einer Vielzahl von Rückständen und Altprodukten (z. B. auch Katalysatoren von KFZ) werden 17 wertvolle Metalle zurückgewonnen (u. a.Gold, Silber, Palladium, Kupfer, Kobalt, Lithium und Nickel, Umicor 2020) . Ein Beispiel ist, dass aus 4 t Smartphones 1 kg Gold zurückgewonnen werden (Umicor o. J.). Um die gleiche Menge Gold zu gewinnen, müssten 200 t Erz mit all seinen Umweltfolgen aufbereitet werden. Allein in Deutschland lagern geschätzt 200 Mio. Althandys in den Schubladen (Statista 2022), dies ist eine Masse von geschätzt. Mit der Bilanzierung der DERA entspräche dies einer Masse von 20 bis 22.000 t (DERA 2020). Könnte man die Daten von Umicor übertragen – die Zusammensetzung der Smartphones ist nur aus Stichproben bekannt – würden sich 5.000 t Gold wiedergewinnen lassen und die Aufbereitung von 1 Mio. t Erz ersparen.
Ein weiteres Projekt in Japan in 2019 zeigte gleichfalls Erfolg: Aus 5 Millionen alten Smartphones konnten 28 Kilogramm Gold, 3.500 Kilogramm Silber und 2.700 Kilogramm Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung) zurückgewonnen werden (ingenieur.de 2020).

Klimaschutz durch digitale Suffizienz

Suffizienz bedeutet, den Konsum auf das zu beschränken, was man wirklich braucht. Angesichts eines sehr hohen Wohlstandsniveaus in den Industrieländern bedeutet dies häufig eine Vollausstattung mit allem an elektrischen und elektronischen Geräten, die für die alltäglichen Bedürfnisse notwendig sind. Zur Zeit gibt es Entwicklungen, die sowohl die “digitale Suffizienz” fördern als auch hemmen.

Zwang zum Neukauf: Insbesondere bei IT-Geräten wäre eine Suffizienz in dem Sinne, ein Gerät möglichst lange zu nutzen, denkbar, da diese Geräte bei den den meist hochpreisigen Geräten auch eine lange Lebensdauer haben. Smartphones werden im europäischen Schnitt aber nur 40 Monate genutzt (tagesschau 2022) – obwohl sie deutlich länger nutzbar wären: Wenn nicht Updates der Betriebssoftware oder neue Ressourcen aufwändige Apps dies unattraktiv machen würden. Seit 2022 werden das iPhone 6 und 7 von Apple nicht mehr mit Updates von IOS 16 versorgt (Chip 2022). Das iPhone 7 kam 2016 auf den Markt – und könnte noch über 2023 eigentlich hinaus genutzt werden (eigenes Gerät des Autors). Allerdings verhindert ein Software-Update auch die Betriebssicherheit, die den meisten Käufern auch wichtig ist.
Multifunktionalität: Dies bedeutet, dass ein Gerät die Funktion verschiedener Geräte übernehmen kann. Der Vorteil ist eine unmittelbare Einsparung von stofflichen Ressourcen, die je nach Energieverbrauch durch die Nutzungsphase erheblich sein kann. Wichtige Beispiele sind:
- Smartphone und Tablets: Moderne Smartphones und Tablets ermöglichen die Kommunikation in allen Formen (Telefon, Mail, SMS und ähnliche Nachrichten-Apps, soziale Medien-Apps), die Information (News-Feeds, Online-Magazine, Video-Programme), das Entertainment (Musik, Filme via Streaming), Sport (Fitness-Apps), Bankgeschäfte via Apps oder ein Gesundheitsmonitoring (meist in Verbindung mit einer Smartwatch)
- Smarte Lautsprecher: Diese können die meisten Funktionen eines Smartphones übernehmen. Allerdings ist anzunehmen, dass Smartspeaker eher ein Add-On sein werden, als eine Technik, die man sich zusätzlich zulegt, so dass keine Ressourceneinsparung zu erwarten ist.
- Multifunktionsdrucker: Hierbei werden Geräte wie Kopierer, Drucker und Scanner in einem Gerät zusammengefasst.
- Smart Fernseher: Fernseher werden durch die Internetanbindung zunehmend vielfältiger nutzbar. In der Kombination mit Soundbars können sie die klassische Stereoanlage ersetzen. Durch eine Kopplung mit einem Smartphone erleichtert sich auch die Bedienbarkeit. Durch ihre Bildschirmgröße können sie zudem auch Beamer ersetzen. Handelsübliche Fernseher größer als 60 Zoll eignen sich auch als Konferenzsysteme oder als Werbefläche.
Mobilität ist ein wichtiger Bestandteil unseres Lebens. Bisher ist Mobilität immer mit Emissionen durch Transportmittel verbunden und es stellt sich die Frage, wie zumindest die Mobilität, die prinzipiell vermeidbar wäre, auch vermieden werden kann.

Augmented- und Mixed-Reality-Brillen: Derartige Brillen können die meisten Funktionen eines Smartphones übernehmen. Darüber hinaus bieten sie aber einen deutlichen Vorteil: Sie können uns Orte sehen lassen, wie sie vor Ort aussehen, ohne dass wir uns bewegen. Gemäß dem alten Sprichwort “Ein Bild sagt mehr als 1.000 Worte” bedeutet dies, dass z. B. Besichtigungen von Wohnungen, Ferienorten oder Sehenswürdigkeiten vorab vorgenommen werden könnten – um im Falle einer positiven AR-Begutachtung zu entscheiden, ob eine Fahrt überhaupt lohnenswert ist. Eine andere – vielleicht noch wichtigere Möglichkeit – bietet sich mit der “Fernwartung”. Bei Reparaturen kommt es häufig zur Klärung von Fragestellungen hinsichtlich der Ursachen von Fehlern, der Behebung von Störungen oder zu Fragen von Ersatzteilen. Fachleute können derartige Fragen viel einfacher beantworten, wenn Sie die Fragestellung persönlich in Augenschein nehmen. Mit AR ist dies ohne eine physische Mobilität möglich.
Hierbei ist noch nicht abzusehen, wie diese sich verbreiten werden (Statista 2023). In 2021 könnte der Absatz bei ca. 11 Mio. VR- und AR-Brillen gelegen haben, in 2026 sollen es aber schon 31 Mio. VR- und AR-Brillen sein.

Quellenverzeichnis

ADAC (2022): Elektroauto und Ladeverluste: So können Sie Kosten vermeiden. Online: www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/laden/ladeverluste-elektroauto-studie/

BMUV Bundesministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (o. J.). Online: https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Verkehr/emob_strom_ressourcen_bf.pdf

Chip (2022): Support-Aus für mehrere iPhones: So viele Apple-Smartphones flogen noch nie raus. Online: https://www.chip.de/news/iPhones-vor-Support-Aus-Noch-nie-flogen-so-viele-Apple-Smartphones-raus_183139397.html

co2online (o. J.): Digitale Thermostate im Smart Home: volle Funktionsfähigkeit nur im Netzwerk. Online: https://www.co2online.de/modernisieren-und-bauen/smart-home/smarte-heizungssteuerung/#c117731

DERA (2020): Metalle in Smartphones. Online: https://www.deutsche-rohstoffagentur.de/DE/Gemeinsames/Produkte/Downloads/Commodity_Top_News/Rohstoffwirtschaft/65_smartphones.pdf

destatis (2020): CO2-Emissionsintensität der deutschen Wirtschaft 2020. Online: https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2022/10/PD22_437_43.html

destatis (2021): Gesellschaft und Umwelt – Wohnen. Online: https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Wohnen/_inhalt.html

Destatis Statistisches Bundesamt (2022): Indikatoren der UN-Nachhaltigkeitsziele. Online: http://sdg-indikatoren.de/

Transportmittel	Durchschnittliche CO2-Emissionen pro Tonnenkilometer in Gramm
Hochsee-Massengutfrachter (UBA bzw. carboncare)	17 bzw. 6-7
Lkw (alle Quellen)	105 bis 118
Binnenschiff (FIS 2012, Statista 2022b und UBA 2021b)	30 – 33
Güterzug (UBA 2021b und Statista 2022b)	16 bis 17

Transportmittel	Gramm je Tonnenkilometer
Frachtschiff	17
Lkw	68-113
Binnenschiff	30
Güterzug	17-32

Ressourcen für Windenergieanlagen	Ressourcen für Photovoltaik-Anlagen
27,4 Mio Tonnen Beton 9,5 Mio Tonnen Stahl 1,5 Mio Tonnen Gusseisen 650 Kilotonnen Glasfaser- bzw. carbonfaserverstärkter Kunststoff (GFK,CFK) 450 Kilotonnen Zink 380 Kilotonnen Polymere 160 Kilotonnen Kupfer 100 Kilotonnen Aluminium 65 Kilotonnen Mangan 40 Kilotonnen Chrom 31 Kilotonnen Nickel 8,5 Kilotonnen Molybdän 5,5 Kilotonnen Seltene Erden	10,7 Mio Tonnen Stahl 9,6 Mio Tonnen Beton 7,3 Mio Tonnen Glas 1,4 Mio Tonnen Kunststoffe 1,2 Mio Tonnen Aluminium 730 Kilotonnen Kupfer 600 Kilotonnen Silizium 2 Kilotonnen Silber 170 Tonnen Tellur 165 Tonnen Cadmium 100 Tonnen Selen 45 Tonnen Indium 25 Tonnen Germanium 12 Tonnen Gallium

	Wertschöpfungsstufe	Nachhaltigkeit: Bezug zu den SDGs
Rohstoff Lithium	Lithium wird vor allem in Australien (46% Weltmarktanteil, 55.000 t), Chile (24%, 26.000 t) und China (16%, 14.000 t) gewonnen. In Australien wird es im Bergbau (Hartgestein), in Chile aus Sole, in Bolivien aus Salzseen gewonnen. Perspektivisch können Argentinien, Simbabwe und Bolivien wichtige Förderländer sein aufgrund ihrer Vorkommen und Reserven (IG 2022). In Chile und Argentinien wird als unterirdisches Salzwasser (Salare) an die Oberfläche gepumpt und das Wasser in großen flachen Becken auf den Salzseen durch Sonneneinstrahlung verdampft (VW o. J.). Zur Aufbereitung wird kein Trinkwasser genutzt, allerdings führt das Abpumpen dazu, dass Grundwasser in die Salare nachströmt – konsequenterweise sind der Grundwasserspiegel und führt an der Oberfläche zu Trockenheit mit Schäden für die Vegetation und die Landwirtschaft. Das Lithium wird mit Natriumcarbonat aus der Salzlösung gefällt (ISE o. J.). In Australien wird Lithium z. B. im Bergbau aus Hartgestein in Greenbushes gewonnen (⅓ des Weltbedarfes, DLF 2022). Im Tagebau werden die üblichen Bergwerkspraktiken mit Bohren, Sprengen, Mahlen, Flottieren und Entwässerung angewendet, um die Gangart abzutrennen. Das ca. 6% Nasskonzentrat wird unter Druck mit Natriumcarbonat oder Schwefelsäure ausgelaugt. Im Ergebnis erhält man Lithiumcarbonat von 98 und mehr Prozent Reinheit. (Mineral Processing o. J.). Anschließend wird in beiden Fällen das LiCO3 mit Salzsäure in LiCl umgewandelt zu LiCl und dieses abschließend mit Schmelzflusselektrolyse reduziert zu metallischem Lithium (Mineral Processing o. J. und ISE o. J.).	SDG 3 – Gesundheit Abraumhalden sind mit Schwermetallen belastet – die Stäube führen zu Gesundheitsschäden der lokalen Bevölkerung SDG 6 – Wasser Wassereinsatz Wasser steht in ariden Regionen nicht für die Landwirtschaft zur Verfügung Grundwasserabsenkung möglich mit Folgen für Vegetation und Landwirtschaft Vergiftung von Gewässern durch Ableitung von Abwässern der Produktion SDG 8 – Arbeit und Wachstum die größte Wertschöpfung findet oft nicht in den produzierenden Ländern statt (Bolivien, Simbabwe) Länder mit geringem Bruttosozialprodukt können erheblich von der Gewinnung profitieren es gibt große Unsicherheiten, wer von dem Verkauf der Ressourcen profitiert der Umweltschutz und der Gesundheitsschutz der Bevölkerung bei Gewinnung ist nur in wenigen Ländern gewährleistet SDG 7 – Saubere Energie hoher Energieeinsatz bei Elektrolyse – der Strommix entscheidet über die THG-Emissionen Lithium ist ein zentraler “Baustein” für die Energiewende und den Klimaschutz SDG 15 – Leben an Land Abbau von Salaren findet in meist unberührten, aber an Biodiversität armen Landschaften statt, eine Ausnahme ist z. B. der Lithium-Abbau in Serbien (vgl. TAZ o. J.) Emissionen von Metallstäuben schädigen im erheblichen Maße die Biodiversität und die Landwirtschaft im weiten Umkreis der Produzenten
Rohstoff Nickel	Nickel wird vor allem in Indonesien (1,6 Mio. t), Philippinen (0,3 Mio. t), Russland (0,2 Mio. t) und Kanada/Neukaledonien (0,2 Mio. t) und Australien (0,2 Mio. t) im Bergbau von Hartgestein gewonnen (statista 2023). Nickel kommt zumeist zusammen mit Eisen und Kupfer in Gesteinen vor, weshalb die Aufbereitungsprozesse miteinander verwoben sind (ISE o. J.). Durch Flotation wird das gemahlene Nickelerz aufkonzentriert, getrocknet durch Pressung und dann mit Kohle geröstet. Eisensulfid wird hierbei in Eisenoxid umgewandelt. Durch weiter Röstprozesse mit Koks und Silikaten wird Eisenoxid zu Eisensilikat verschlackt. Die Hütte erhält so Kupfer-Nickel-Feinstein mit 80% Kupfer und Nickel sowie 20% Schwefel. Kupfer und Nickel werden mit Natriumdisulfid (Na2S) als zwei Phasen getrennt. Das Nickelsulfid wird geröstet und mit Koks zu Nickel reduziert.	SDG 3 – Gesundheit die Nickelproduktion ist in hohem Maße mit gesundheits- schädlichen Emissionen verbunden – Gefährdung für die Arbeitnehmerinnen sowie anliegenden Anwohnerinnen im weiten Umkreis der Unternehmen Abraumhalden sind mit Schwermetallen belastet – die Stäube führen zu Gesundheitsschäden der lokalen Bevölkerung SDG 6 – Sauberes Wasser Vergiftung von Gewässern durch Ableitung von Abwässern der Produktion SDG 7 – Saubere Energie Hohe THG-Emissionen durch Röstprozesse (SO2 und CO2) Nickel ist eventuell ein wichtiger “Baustein” für die Energiewende und den Klimaschutz SDG 8 – Arbeit und Wachstum die größte Wertschöpfung findet nicht in den produzierenden Ländern statt (außer Kanada) Länder mit geringem Bruttosozialprodukt können erheblich von der Gewinnung profitieren es gibt große Unsicherheiten, wer von dem Verkauf der Ressourcen profitiert der Umweltschutz und der Gesundheitsschutz der Bevölkerung bei Gewinnung ist nur in wenigen Ländern gewährleistet es bestehen erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich des Unterziels “Menschenwürdige Arbeit” SDG 15 – Leben an Land Emissionen von Metallstäuben schädigen im erheblichen Maße die Biodiversität im weiten Umkreis der Produzenten
Rohstoff Kobalt	Kobalt wird vor allem in der Demokratischen Republik Kongo (DRK, 60% der Weltproduktion, ca. 90-100.000 t von 2019-22), Russland (6.300 t in 2020), Australien (5.700 t, 2019), den Philippinen (4.700 t, 2019) sowie Kanada und Kuba (3.800 bzw. 3.200 t, 2019) gewonnen (elektroniknet / Arnold 2021; ISE o. J.). Eine bergbauliche Besonderheit liegt beim Hauptproduzenten für Cobalt, der DRK vor. In der DRK liegt das Cobalterz oberirdisch in einem sehr weichen Gestein vor. Es wird sowohl von global tätigen Minenkonzernen, von lokalen Genossenschaften oder durch Zwangsarbeit von Milizen abgebaut (kleiner handwerklicher Bergbau, vgl. save the children 2022). Der sogenannte artesiale Kleinbergbau (ASM) ist die Einkommensgrundlage für mehr als 200.000 Menschen in der Region. Er ist jedoch zumeist illegal und nicht reguliert (analog dem Goldrausch in Alaska). Dieser Bergbau ist auch mit Kinderarbeit aufgrund der schlechten wirtschaftlichen Bedingungen vor Ort verbunden. Kobalt wird aus Kupfer-Nickele-Erz gewonnen (s.o. Nickel). Aus dem Rohstein mit Kobalt, Nickel, Kupfer und Eisen wird mit Natriumcarbonat und Natriumnitrat der Schwefel entfernt und es bilden sich u. a. Arsensulfate und Arsenate, die mit Wasser ausgelaugt werden. Die zurückbleibenden Metalloxide werden mit Schwefel- oder Salzsäure behandelt, Nickel, Cobalt und Eisen gehen in Lösung. Mit Chlorkalk wird Cobalthydroxid gefällt und durch Erhitzen in Cobaltoxid umgewandelt. Mit Koks oder Aluminiumpulver wird es zu Cobalt reduziert.	SDG 3 – siehe Nickel SDG 6 – siehe Nickel SDG 7 – siehe Nickel SDG 8 – siehe Nickel Abbau in der DRK Kinderarbeit extrem gefährliche Arbeit im ASM SDG 15 siehe Nickel SDG 16 – siehe Nickel Abbau in der DRK: Zerrüttung demokratischer Strukturen (Korruption, Milzen, Menschenhandel)
Rohstoff Mangan	Mangan wird im Bergbau in Südafrika, Australien und Gabun gewonnen (ca. 58% der Bergwerksförderung von ca. 22-24 Mio.t, DERA 2019). Mangan ist mit Eisen verschwistert, so dass es bei der Eisenherstellung zwischendurch meist als Ferro-Mangan (78% Mangan) abgetrennt wird (ISE o. J.). Dies erfolgt über die Reduktion oxidischer Eisen-Mangan-Erze mit Koks in elektrischen Öfen zu Ferro-Mangan. Reines Mangan wird durch Hydrometallurgie gewonnen (Oxidation, Laugung und Elektrolyse). Alternativ kann es durch auch Aluminothermie (Verbrennen mit Aluminiumpulver) gewonnen werden.	SDG 3 – siehe Nickel SDG 6 – siehe Nickel SDG 7 – siehe Nickel SDG 8 – siehe Nickel SDG 15 – siehe Nickel SDG 16 – siehe Nickel Gewinnung in Südafrika und Gabun: Zerrüttung demokratischer Strukturen aufgrund von Korruption
Rohstoff Kupfer	Kupfer wird im Bergbau von Kupfererz abgebaut oder in Verbindung mit anderen Erzen (s.o. Eisen und Nickel). Die größten Produzenten sind (5,7 Mio. t im Mittel von 2014-2018 BGR 2020), gefolgt von Peru (2,0 Mio. t), China (1,7 Mio. t), den USA (1,3 Mio. t) und die Demokratische Republik Kongo (DRK, 1,0 Mio.t). Kupfer wird pyrometallisch und elektrolytisch gewonnen. Die Bergbauprozesse umfassen Bohren und Sprengen, Malen und Flottieren um ein Kupferkonzentrat herzustellen. Bei der Verhüttung wird das Konzentrat geröstet und Einsatz von Kohle zur Oxidation des Eisens. Hierbei entstehen hohe Emissionen (SO2 und CO2 sowie Schwermetalle auf Stäuben). Durch Schmelzen mit Kohle und Koks wird das Eisen verschlackt und es entsteht Kupferstein mit 30-80% Kupfer. Dieser wird mehrfach konvertiert bis eine Reinheit von 94-97% erzeugt und Kupferplatten gegossen sind. Durch Elektrolyse werden Metallverunreinigungen abgeschieden und reines Elektrolytkupfer gewonnen (Auflösung des Kupfers an der Anode und Abscheidung reinen Kupfers an der Kathode.	SDG 3 – Gesundheit Chile, Peru und DRK: so oben “Lithium” SDG 6 – Sauberes Wasser Chile Wasser steht in ariden Regionen nicht für die Landwirtschaft zur Verfügung Grundwasserabsenkung möglich mit Folgen für Vegetation und Landwirtschaft Chile, Peru und DRK: Vergiftung von Gewässern durch Ableitung von Abwässern der Produktion SDG 3 – Gesundheit – s. Lithium SDG 7 – Saubere Energie hohe THG-Emissionen durch Röstprozesse (SO2 und CO2) hoher Energieeinsatz bei Elektrolyse – der Strommix entscheidet über die THG-Emissionen Kupfer ist ein zentrale “Baustein” für die Energiewende und den Klimaschutz SDG 8 – Arbeit und Wachstum Länder mit geringem Bruttosozialprodukt können erheblich von der Gewinnung und Produktion von Kupferstein profitieren (Chile, Peru, DRK) die größte Wertschöpfung findet bei der Raffination und den nachfolgenden Schritt statt – nur Industrieländer profitieren es gibt große Unsicherheiten, wer von dem Verkauf der Ressourcen profitiert (Peru, DRK) der Umweltschutz und der Gesundheitsschutz der Bevölkerung bei Gewinnung und Produktion ist nur in wenigen Ländern gewährleistet (z. B. USA und andere Industrieländer) SDG 15 – Leben an Land – s. Nickel Emissionen von Metallstäuben schädigen im erheblichen Maße die Biodiversität im weiten Umkreis der Produzenten
Rohstoff Graphit	Graphit wird nur zum kleinen Teil als Rohstoff über- und unter Tage abgebaut (China, Indien, Brasilien, Mexiko, Ukraine). Hauptsächlich wird er aus Kohle hergestellt. Die Weltjahresproduktion 2022 lag bei rund 1,3 Mio. t (statista 2023). Aus der Kohle werden mit Salpetersäure Graphit-Einlagerungsverbindungen hergestellt und dann durch plötzliche Hitzeentwicklung (3.000 Grad) expandiert (chemie.de o. J., SGL Carbon o. J.). Abschließend wird der Graphit mechanisch zu einer weichen und flexiblen Folie verarbeitet. Synthetischer Graphit wird aus möglichst reiner Kohle gewonnen und Pech als Bindemittel. Nach Mischung wird die Masse Hochtemperaturprozessen unterworfen, die unterschiedlich ausgeführt die Eigenschaften von Graphit bestimmen. Der Kostenanteil von Graphit an einer Batterie liegt bei 3 bis 4%.	SDG 8 – Arbeit und Wachstum Länder mit geringem Bruttosozialprodukt können erheblich von der Gewinnung profitieren es gibt große Unsicherheiten, wer von dem Verkauf der Ressourcen profitiert der Umweltschutz und der Gesundheitsschutz der Bevölkerung bei Herstellung ist nicht gewährleistet es bestehen erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich des Unterziels “Menschenwürdige Arbeit” SDG 7 – Saubere Energie hoher Energieeinsatz bei der thermischen Expansion – alle produzierenden Länder haben zudem einen hohen Kohleanteil am Strom, die THG-Emissionen sind hoch
Kunststoffe	Batterien enthalten auch viele Kunststoffe – vor allem zur Ummantelung von Bauteilen und als Separatoren in den Zellen. Beispiele sind Polyethylen oder Di-n-Octylphthalat. Die meisten Kunststoffe werden zunächst als Pellets produziert. Ihr Gesamtkostenanteil liegt bei 5 bis 6%. Diese werden aus Erdöl in komplexen Crack- und Raffinerieprozessen der chemischen Industrie hergestellt. Nach der Polymerisation in Lösung wird das Lösungsmaterial abgedampft und der Kunststoff zumeist über Extrusionsverfahren zu Pellets verarbeitet, da diese gut lager-, transportier- und weiterverarbeitbar sind.	SDG 6 – Sauberes Wasser die küstennahe Erdölförderung führt häufig zu Wasserverschmutzung in Ländern wie Nigeria oder Brasilien wird Erdöl in sensiblen Gebieten (Sumpf- oder Urwaldgebiete) gewonnen – es kommt häufig zu Unfällen mit erheblichen Öl-Austritten SDG 7 – Saubere Energie Hohe THG-Emissionen durch Raffinerieprozesse (Cracken, Destillieren) in Erdölproduzierenden Ländern ist der Strommix vor allem fossil geprägt – hohe Emissionen beim Stromverbrauch SDG 8 – Arbeit und Wachstum – s. Nickel SDG 14 – Leben im Meer häufige Tankerunfälle durch Länder mit einer schlechten Schiffsaufsicht führen zu erheblichen maritimen Umweltschäden SDG 15 – Leben an Land s.o. SDG 6 – Sauberes Wasser
Drähte und Leitungen	Drähte und Leitungen werden weltweit produziert. Der größte Produzent ist vermutlich China, in 2010 stellte es schon 60% aller Leitungen für die Welt her (evertiq 2015). Die Produktion fand dort vor allem in klein- und mittelständischen Betrieben statt. Statistiken über die nationale Produktion sind nicht verfügbar. Der Umsatz aber der deutschen Produzenten belief sich für alle Leitungen und Drähte auf 6,5 Mrd. Euro in 2020 (ZVEI 2020). Der Materialeinsatz betrug für Kupfer ca. 510.000 t und für Aluminium ca. 90.000 t (ebd.). Der Herstellung von Drähten und Leitungen ist ein mehrstufiger Prozess (Zeno / Widmaier o. J.). Zunächst werden die Kupferplatten der Elektrolyse eingeschmolzen und in Rohblöcke gegossen. (7 bis 8 cm im Querschnitt und 70 bis 90 cm lang). Sie werden gehobelt und dann vor dem Walzen auf 750 bis 850 Grad erhitzt. Das Auswalzen im Drahtwalzwerk erfolgt auf einen Durchmesser von 6 bis 7 mm. Er wird ausgeglüht, mit verdünnter Schwefelsäure gebeizt und mit KaLkwasser abgespült. Anschließend wird der Draht gezogen mit Grob-, Mittel- und Feinzügen je nach gewünschtem Produkt. Nach jedem Ziehprozess werden sie geglüht und gebeizt. Drähte sind die Vorstufe von Leitungen (vgl. Wiley Industrie News 2017). Leitungen bestehen aus vielen Kupfer-Einzeldrähten. Durch Extrusion wird die Litze mit einem Kunststoff ummantelt. Hierbei können auch mehrere Schichten auf die Litzen aufgebracht werden um eine bessere Isolation und gleichzeitig höhere Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Im dritten Schritt werden die isolierten Leiter verseilt. Üblicherweise werden Paare gebildet, die in einem weiteren Schritt mit anderen Paaren verseilt werden können wenn z. B. mehr Daten- oder Stromleitungen benötigt werden. Der letzte Schritt bei Datenleitungen ist die Flechterei. Dünne Drähte aus Kupfer oder verzinnten Kupfer werden um das Adernbündel gewoben. Zweck ist eine Isolation gegen elektromagnetische Störungen. Anschließend erhalten sowohl Stromleitungen als auch Datenleitungen noch eine Ummantelung durch Extrusion eines Kunststoffes. Die Extrusion findet bei 200 Grad statt, so dass die Leitungen im Wasserbad gekühlt werden muss. Zum Abschluss wird die Bezeichnung auf die Kabel gedruckt, auf eine Trommel gewickelt und die Rolle wird verpackt.	SDG 7 – Saubere Energie hohe THG-Emissionen bei thermischen Industrieprozessen durch den Einsatz fossiler Ressourcen (Öl und Gas) China: Hohe THG-Emissionen für die stromverbrauchende Prozesse aufgrund des hohen Kohleanteils am Strommix SDG 8 – Arbeit und Wachstum Länder mit geringem Bruttosozialprodukt in Asien können erheblich von der Draht- und Leitungsproduktion profitieren China: Es bestehen erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich des Unterziels “Menschenwürdige Arbeit”, da keine Statistiken veröffentlicht werden
Elektrolyt- Produktion	Elektrolyte werden von der chemischen Industrie hergestellt. Die Produktion ist ein „High-Tech-Prozess“, der in den Industrieländern erfolgt (vgl. Österreichische Chemie / Fischer 2021) Der Elektrolyt gewährleistet den Ionenfluss. Die Elektrolyt-Produktion macht 1 bis 2% der Batteriekosten aus. Lithium reagiert heftig unter Knallgas-Reaktion mit Lithium, weshalb alle Elektrolyte wasserfrei sein müssen. Es werden deshalb Lithiumsalze wie LiPF6 Lithiumhexafluorophosphat in organischen Lösungsmitteln eingesetzt (Batterieforum o. J.). Basismaterialien für den Elektrolyten sind Flusssäure und Phosphorverbindungen, die beide zu den extrem gefährlichen Chemikalien gehören. Standardzellen haben eine Spannung von 3,6 Volt, aber NMC-Elektroden können eine höhere Spannung leisten. Dies führt dazu, dass weniger Zellen in Reihe geschaltet werden müssen um in den Hochvoltbereich zu kommen. Gleichzeitig wird wird die Sicherheit der Reihenschaltung erhöht: Die Spannung ist nur so hoch, wie das schwächste Glied sie zulässt (ebd.). Besser wären noch Festkörperelektrolyte, um den Brandschutz zu erhöhen.	SDG 3 – Gesundheit Die Anforderungen an den Gesundheitsschutz sind sehr hoch, werden aber in den Industrieländern meist gewährleistet China: Das Land produziert vermutlich die größten Mengen an Elektrolyten. Ob der Gesundheitsschutz eingehalten wird, kann nicht beurteilt werden aufgrund fehlender Unfallstatistiken.
Separatoren- Folie	Die Herstellung von Separatoren Folien ist ein Hochtechnologie-Prozess. Statistiken über die produzierten Mengen und die produzierenden Länder liegen nicht vor. Die Separatorenfolie ist eine Bandfolie, die mit den üblichen Herstellungsprozessen wie dem Einschmelzen der Pellets und Extrusion hergestellt wird. Die Folie trennt die Anode und Kathode elektrisch voneinander, ist also unverzichtbar (Batterieforum o. J.). Sie ist durchlässig für Ionen, um so den Ionen-Stromfluss zu gewährleisten. Darüber hinaus nimmt die Folie den Elektrolyten auf und die Batterien können kompakter gebaut werden. Shut-Down-Separatoren vermögen auch bei steigender Temperatur den Ionenfluss zu regulieren, indem die Poren der Membran-Folie sich schließen. Hierdurch wird mehr Sicherheit gewährleistet. Die Kosten für die Separatorenfolien machen 5 bis 6% der Gesamtkosten aus.	Eine Relevanz für die SDGs ist nur über die vorangegangenen Stufen der Wertschöpfungskette erkennbar, da die Produktion (vermutlich) nur in den sehr entwickelten Ländern stattfindet. Es ist nicht ersichtlich, dass die Folienproduktion mit hohen Energieverbräuchen oder Emissionen verbunden ist. Der zusätzliche Materialeinsatz zur Herstellung der Folien ist vermutlich gering und somit nicht besonders relevant für die SDGs
Anoden- Produktion	Die Herstellung von Anoden ist ein Hochtechnologie-Prozess. Die Produktion ist nahezu vollautomatisiert. Statistiken über die produzierten Mengen und die produzierenden Länder liegen nicht vor. Die Kosten für die Anoden betragen 2 bis 3% der Batteriekosten (ohne Rohstoffkosten). Es gibt verschiedene Anoden-Typen für Lithium-Batterien. Konventionell sind Graphit oder siliziumbasierte Anoden (Batterie 2020 o. J.), in denen Lithium-Metall eingelagert ist. Neu hingegen ist die Verwendung von Li-Metall-Anoden. Verwendet man NMC-Kathoden zusammen mit Silicium-Anoden, können die Kapazitäten bis auf 4.000 mAh gesteigert werden (chemie.de o. J.). Zur Herstellung werden die Materialien als Pasten aufbereitet, ein Gemisch aus flüssigen Lösungsmitteln und Stoffen in Pulverform (elektroauto-news / SVOLT o. J.). Anschließend werden die Pasten auf hauchdünn beidseitig auf eine sehr dünne Folien aufgetragen (Aluminium oder Kupferfolien, Beschichten der Elektrodenfolie). Im Trockner wird das Lösungsmittel verdampft. Das Lösungsmittel wird in einem Kreislaufprozess ohne Emissionen verwendet. Über rotierende Walzen wird die Beschichtung verdichtet und die Dicke korrigiert. Da diese Anodenfolie sehr dünn ist, ist der Produktionsaufwand sehr hoch, da bei Beschädigungen die gefürchteten Dendriten wachsen würden. Die Produktion von Zellen wird im Abschnitt “Zellproduktion” beschrieben	SDG 6 – Saubere Energie Energie wird vor allem in Form von Strom verwendet, in Deutschland liegt der EE-Anteil inzwischen bei 50%, der THG-Wert des Strommix zwischen 375 und 410 g CO2-Äq (UBA 2022) China, Südkorea und Japan: China hat einen hohen Kohleanteil, Südkorea verwenden viel Atomstrom die Herstellung erfolgt unter Reinraumbedingungen wie die Chipproduktion – deshalb ist der Strombedarf aber viel höher als bei anderen Produkten der Elektrotechnik SDG 12 – Konsum und Produktion siehe unten: Batteriefertigung SDG 13 Klimaschutz im Sinne des Klimaschutzes ist die Elektrifizierung der Mobilität bei gleichzeitigem Ausbauer der erneuerbaren Energien der wesentliche Beitrag für den Klimaschutz Weitere SDGs Eine Relevanz für die anderen SDGs ist nur über die vorangegangenen Stufen der Wertschöpfungskette erkennbar, da die Produktion nur in den sehr entwickelten Ländern stattfindet.
Kathoden- Produktion	Die Herstellung von Kathoden ist ein Hochtechnologie-Prozess. Statistiken über die produzierten Mengen und die produzierenden Länder liegen nicht vor. Die Kosten für die Kathoden betragen 5 bis 6% der Batteriekosten (ohne Rohstoffkosten). Elektroden werden auch in Deutschland hergestellt z. B. bei Litarion in Sachsen. Die häufigsten Kathoden sind NMC-Kathoden [Li(NiCoMn)O2] (Chemie.de o. J.). Batterien mit derartigen Kathoden haben eine hohe Kapazität (z. B. bei 18650er-Zellen 2.800 mAh) und liefern Ströme von 4 bis 5 Ampere, sie können aber auch auf Entladeströme von 20 A optimiert werden. Die Vorteile dieser Kathoden sind eine hohe Energiedichte (durch die Kombination von Mangan und Nickel), relativ geringe Produktionskosten sowie eine gute elektroschemische Leistungsfähigkeit (Performance, chemie.de o. J.). Der Strom wird über einen Aluminiumleiter abgeleitet. Zur Herstellung s.o. “Anoden-Produktion”. (elektroauto-news / SVOLT o. J.). Bei Kathoden wird noch das Aktivmaterial (Lithium, Mangan oder Kobalt) hinzugemischt. Die Produktion von Zellen wird im Abschnitt “Zellproduktion” beschrieben	Relevanz für die SDG: s.o. Anoden-Produktion
Batterie- fertigung	Die Batteriefertigung ist ein sehr komplexer, teurer und mechanischer Prozess – beinahe vergleichbar mit der Chipfertigung. Weltweit ist Asien führend – vor allem in China (CATL), Korea (Samsung) und Japan (Panasonic). Seit den 2000er Jahren ist noch Tesla mit seinen Standorten in den USA hinzugekommen („Giga-Factories“). Die Investitionskosten für die Batteriefertigung liegen im Milliardenbereich (manager-magazin 2021). Die Leistung der Fabriken wird in GWh angegeben. Deutsche Projekte liegen in der Größenordnung von 100 GWh. Eine Batterie höherer Reichweite hat 64 kWh, so dass die Fabriken rund 1,5 Mio. Batteriesätze dieser Leistung herstellen pro Jahr. Angesichts von rund 48 Mio. Pkw in Deutschland (UBA 2022) wären drei Fabriken dieser Größenordnung notwendig, um in zehn Jahren die deutsche KFZ-Flotte elektrisch zu gestalten. Bei der Batteriefertigung ist die Produktion der Zellen und der Batteriemodule zu unterscheiden.	SDG 6 – Saubere Energie Energie wird vor allem in Form von Strom verwendet, in Deutschland liegt der EE-Anteil inzwischen bei 50%, der THG-Wert des Strommix zwischen 375 und 410 g CO2-Äq (UBA 2022) China, Südkorea und Japan: China hat einen hohen Kohleanteil, Südkorea verwenden viel Atomstrom SDG 12 – Konsum und Produktion die Relevanz der eingesetzten Mengen und damit auch die Folgen für die Nachhaltigkeit in den drei Dimensionen wird sich aber durch die Transformation des Mobilitätssystems ergeben: ein Li-Akku wiegt je nach Kapazität zwischen 200 und 700 kg der mittlere Wert für den Akku eines Pkw’s kann auf 400 kg geschätzt werden in Deutschland werden ca. 41 Mio. Pkw genutzt eine vollständige Elektrifizierung hatte einen Materialbedarf von 1,6 Mio. t zum Vergleich: das mittlere Fahrzeuggewicht betrug in Deutschland 1,7 t (statista 2022) in 2022 stellten die deutschen Autobauer 12.5 Mio. Fahrzeuge her Zum Vergleich: Der Materialeinsatz für Pkw betrug 2022 ca. 21 Mio. t. Eine Elektrifizierung würde kaum etwas am Materialeinsatz ändern, da der Verbrennungs- motor und andere Bauteile wegfallen würden SDG 13 Klimaschutz im Sinne des Klimaschutzes ist die Elektrifizierung der Mobilität bei gleichzeitigem Ausbauer der erneuerbaren Energien der wesentliche Beitrag für den Klimaschutz
Zellproduktion	Die Zellproduktion macht rund 33 bis 34% der Gesamt-Batteriekosten aus. Roland Berger schätzt die reine Wertschöpfung auf 13 bis 15% für das Jahr 2025. Angesichts der hohen Investitionskosten für Zellfabriken verfolgen die Automobilhersteller unterschiedliche Strategien: Der Zukauf von Zellen oder die Eigenproduktion. Nach der Herstellung der Anoden und Kathoden erfolgt die Zellproduktion wie folgt: Die Folien werden in mehrere kleine Bänder unterteilt und zugeschnitten. Der nächste Schritt ist die Assemblierung (Stapelung) der Bänder – Anode, Separator, Kathode, Separator u.s.w. In manchen Fällen erfolgt eine Wicklung der Stapel für Rundzellen. Anschließend werden die elektrischen Anschlüsse an Kathode und Anode hergestellt (Druckverfahren). Der Strom wird über Kupferbänder abgeleitet. Abschließend werden die Stapel abgedichtet, isoliert und verschweißt in einem Metallgehäuse (Aluminium). Als letzten Schritt erfolgt das Einspritzen des Elektrolytens. Nach dem Erstladen (Formation) wird mehrere Wochen abgewartet und mehrfach neu geladen, um Fehler zu entdecken.	SDG 6 – Saubere Energie Energie wird vor allem in Form von Strom verwendet, in Deutschland liegt der EE-Anteil inzwischen bei 50%, der THG-Wert des Strommix zwischen 375 und 410 g CO2-Äq (UBA 2022) China, Südkorea und Japan: China hat einen hohen Kohleanteil, Südkorea verwenden viel Atomstrom
Batteriekon- figuration	Die Batterie-Konfiguration ist ein streng gehütetes Firmengeheimnis, da sie entscheidend für die Kosten und die Leistungsfähigkeit einer Batterie sind. Das Prinzip ist einfach: Die Verbindung der Zellen mit der Elektronik, die alle Prozesse analysiert und steuert. Der Anteil an den Gesamt-Batteriekosten liegt zwischen 24 und 25%. Im Prinzip ist es jedoch nur die Stapelung der Zellen und die Installation der Elektronik, die jedoch essentiell für eine gute Batterie ist (elektronauto-news / SVOLT o. J.). Die Elektronik regelt die Lade- und Entladevorgänge. Integriert in die Elektronik ist auch ein Monitoring (Temperatur, Kapazität, Ladezustand und Spannung). Sie steuert die Kühlung und das Heizen, um die Batterien möglichst langlebig zu halten.	Relevanz für die SDG: s.o. Batteriefertigung
Einbau in Fahrzeugen	Lithium-Ionen-Batterien sind die teuerste Bauteilgruppe für ein E-Fahrzeug. Die Batteriekosten sollen – je nach Leistung – zwischen 3.000 und 10.000 Euro kosten. 2021 lagen die durchschnittlichen Herstellungskosten bei 123 €/kWh (Autobild / Berylls Strategy Advisors / FFB 2022). Bei einem Urban SUV der Mittelklasse mit 64 kWh Batterie würden die Kosten bei 7.800 € liegen (Listenpreis: 43.000 Euro, d.h. 18% des Gesamtpreises)	Relevanz für die SDG: s.o. Batteriefertigung

Elektroniker für Gebäudesystemintegration/Elektronikerin für Gebäudesystemintegration

Wichtiger Hinweis

Einleitung

BBNE und BNE - Ziele der Projektagentur PA-BBNE

Die Materialien der Projektagentur

Berufliche Bildung für Nachhaltige Entwicklung

Die Standardberufsbildposition “Umweltschutz und Nachhaltigkeit”

Bildung für nachhaltige Entwicklung

Glossar

Quellenverzeichnis

SDG 2 Kein Hunger

Elektronik und Ernährungssicherheit

Elektronik und das SDG 2

Elektroniker und Landwirtschaft

Elektroniker und Kein Hunger

Quellenverzeichnis

SDG 3 Gesundheit und Wohlergehen

Elektronik und das SDG 3

Umweltrisiken bei der Kupferherstellung

PVC und Weichmacher

Gesundheitsschutz durch elektronische Systeme

Gesundheitsgefährdung durch Schrottexporte

Quellenverzeichnis

SDG 4 Hochwertige Bildung

10 “Goldene Handlungsregeln” für eine BBNE

Schritt 1 – Richtig anfangen: Identifizierung von Anknüpfungspunkten für BBNE

Schritt 2 – Selbstwirksamkeit schaffen: Eröffnung von Nachhaltigkeitsorientierten Perspektiven

Schritt 3 – Ganzheitlichkeit: Gestaltung transformativer Lernprozesse

Schritt 4 – Lernort Betrieb: Entwicklung nachhaltiger Lernorte

Quellenverzeichnis

SDG 6 Sauberes Wasser

Elektroniker und “Sauberes Wasser”

Elektronik, Wasser und Kupfergewinnung

Zielkonflikte durch die Ressourcennutzung

Quellenverzeichnis

SDG 7 Bezahlbare und saubere Energie

Erneuerbare Energien

Strom aus Erneuerbaren Energien

Photovoltaik

Technische Eignung der Dachfläche

Eigenerzeugung von Solarstrom

Technische Eignung

Rechtliche Eignung

Betriebsmodelle

Dachverpachtung und Contracting-Modelle

Eigenverbrauch mit Überschusseinspeisung

Volleinspeisung

Technologien

Solarzellen aus kristallinem Silizium

Dünnschicht-Solarmodule

Weitere Technologien mit hohem Potenzial

Anlagenarten

Aufdach Anlagen

Bodenmontierte Anlagen

Windkraft

Solarwärme

Kollektortechnologien

Speicherung

Einbindung von Solarwärme

Bioenergie für Strom und Wärme

Erd- und Umgebungswärme

Mobilität

Energieträger für den Antrieb

Biogene Kraftstoffe

Synthetische Kraftstoffe

Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Elektrofahrzeuge

Nutzfahrzeuge: Elektrisch oder mit Brennstoffzellen?

Transport, Logistik, Produkte und Umweltschutz

Ferntransporte

Geschäftsreisen

Nutzungsverhalten

Beleuchtung

Rationelle Energienutzung

Energieeffizienz

Energiesparen

Energiespeicherung

Energiespeichertypen

Batteriespeicher

Fracking

Schritt 1 – Richtig anfangen:
Identifizierung von Anknüpfungspunkten für BBNE

Schritt 2 – Selbstwirksamkeit schaffen:
Eröffnung von Nachhaltigkeitsorientierten Perspektiven

Schritt 3 – Ganzheitlichkeit:
Gestaltung transformativer Lernprozesse

Schritt 4 – Lernort Betrieb:
Entwicklung nachhaltiger Lernorte