Weg von Öl und Gas und hin zu Sonne, Wind und Wasser: Das ist die Energiewende. Um die Klimaerwärmung zu stoppen, müssen wir unsere Energieinfrastruktur in den nächsten Jahren auf erneuerbare Quellen ausrichten. Für den Bau von Solarzellen und Windturbinen im grossen Massstab braucht es unter anderem Mineralien und Metalle. Zugleich wird die bestehende fossile Infrastruktur obsolet. Könnte man also Teile unseres alten Energiesystems recyceln, um daraus das neue zu bauen? Diese Frage haben Empa-Forschende aus der Abteilung «Technologie und Gesellschaft» in einer Studie untersucht.
Ihre Studie fand im Rahmen des EU-Projekts «CircEUlar» statt und wurde in der Fachzeitschrift «Nature Communications» publiziert. Darin analysierten die Forschenden die Bestände von 22 unterschiedlichen Materialien, die in den heute bestehenden Kohleminen, Öl- und Gasplattformen, fossilen Kraftwerken sowie grossen Pipelines enthalten sind. «Um das Potenzial dieser ‹urbanen Mine› zu verstehen, müssen wir zuerst wissen, welche Materialien darin vorkommen», sagt Empa-Forscher Hauke Schlesier, Erstautor der Studie.
Insbesondere zwei Rohstoffe stachen heraus: Stahl und Kupfer. Beide Materialien sind in der fossilen Infrastruktur in grossen Mengen vorhanden – und werden dringend für die Energiewende benötigt. «Kupfer kommt in Transformatoren und Kabeln zum Einsatz, während Stahl für strukturelle Elemente verwendet wird», sagt Schlesier. Der Studie zufolge könnte das Recycling der fossilen Infrastruktur den gesamten Stahl- und rund einen Drittel des Kupferbedarfs für die Energiewende decken. Mit dem Herunterfahren der fossilen Infrastruktur würden diese zusätzlichen Materialströme der Wiederverwertung zur Verfügung stehen. Gemäss den Berechnungen der Forschenden wären die Kapazitäten der weltweiten Recyclinganlagen ausreichend, um Kupfer und Stahl für die Energiewende zurückzugewinnen.

Wirtschaftlicher und umweltfreundlicher
Aber ist das Recycling von Stahl und Kupfer aus der fossilen Infrastruktur auch wirklich sinnvoll? Die Forschenden beantworten die Frage mit «ja». Die Recyclingprozesse für beide Metalle sind deutlich umweltfreundlicher als deren primäre Gewinnung. «Die Gewinnung von Stahl produziert Schlacke, Feinstaub und grosse Mengen an Kohlendioxid, Kupferminen erzeugen giftige Abfälle», sagt Schlesier. Für das Recycling braucht es hingegen vor allem Strom: Stahl wird in Elektroöfen eingeschmolzen, während Kupfer in einem elektrochemischen Prozess zurückgewonnen werden kann.
Die Umnutzung der bestehenden Stahl- und Kupferbestände ist aus gesamtökonomischer Sicht sehr vorteilhaft. Es lohne sich, bereits so früh wie möglich mit dem Recycling zu beginnen, weil dies zu den geringsten Folgekosten führe, betonen die Forschenden. Durch die Primärgewinnung der Rohstoffe entstehen nämlich Umwelt- und Gesundheitsschäden, die für die Gesellschaft mit grossen Folgekosten (sog. externalisierte Kosten) verbunden sind. «Durch das Recycling von Stahl und Kupfer aus der fossilen Infrastruktur könnten wir bis 2050 externalisierte Kosten von vier bis elf Billionen US-Dollar einsparen», sagt Schlesier. Recycling selbst ist dabei nicht teurer als die Primärgewinnung von Stahl und Kupfer und somit durchaus wettbewerbsfähig. «Zusätzlich lassen sich bis zu zwei Milliarden Tonnen CO_₂-Äquivalente vermeiden. Das entspricht etwa 50 Jahren Schweizer Emissionen», fügt Schlesier hinzu.
Die wesentliche Herausforderung für das Recycling der wertvollen Rohstoffe aus der fossilen Infrastruktur sind die fehlenden Anreize. «Für staatliche fossile Konzerne könnte die Verminderung der gesellschaftlichen Kosten einen Anreiz bieten, die fossile Infrastruktur früher herunterzufahren. Für private Energiekonzerne gilt das eher nicht», erklärt Schlesier. «Diese haben meist kein wirtschaftliches Interesse daran, externalisierte Kosten zu minimieren.» Weitere gezielte Anreizsetzung durch den Staat könnte hier Abhilfe schaffen.

Nutzen für die Energiewende
Der rezyklierte Stahl und das Kupfer könnte dann weltweit in Solaranlagen, Windturbinen, Stromleitungen oder Elektrolyseuren für die Wasserstoff-Produktion verwendet werden. «Interessant ist die Verwendung von recyceltem Stahl anstatt Aluminium in den Befestigungssystemen von Solaranlagen», so Empa-Forscher Harald Desing, Co-Autor der Studie. Der CO₂-Fussabdruck von Solaranlagen könne dadurch um etwa ein Drittel gesenkt werden. Die Menge an Stahl in der fossilen Infrastruktur würde ausreichen, um das Zwei- bis Fünffache des Bedarfs bereitzustellen, der zur Erreichung der globalen Klimaziele für Solaranlagen benötigt würde.
Recycelter Stahl und Kupfer könnte auch in Windturbinen verwendet werden. Dies würde den CO₂-Fussabdruck von Windenergieanlagen ebenfalls um rund ein Drittel senken. Würde der recycelte Stahl ausschliesslich für den Bau von Windturbinen verwendet werden, könnte hierfür der Gesamtbedarf an Stahl für die Klimaziele bis ins Jahr 2050 gedeckt werden. «Eine Verwendung wäre auch in Stromleitungen und Elektrolyseuren für die Wasserstoff-Gewinnung denkbar», so Schlesier. «Wichtig ist: Saubere Energietechnologien müssen die fossile Infrastruktur sukzessive ersetzen, damit der eingebettete Stahl und das Kupfer wiederverwendet werden können.»

«Earth Overshoot Day» 2026
Der «Earth Overshoot Day» ist der berechnete Zeitpunkt eines Jahres, an dem wir beginnen, über die ökologischen Grenzen unseres Planeten hinaus zu leben. In diesem Jahr fällt er auf den 30. Juli. Dieses Datum steht für einen Ressourcenverbrauch, der derzeit nicht mit Klimaneutralität vereinbar ist. Um diese Lücke zu schliessen, sind Innovationen, langfristiges Engagement und Ansätze erforderlich, deren Auswirkungen oft erst im Laufe der Zeit sichtbar werden.
Hier sind einige weitere Beispiele dafür, wie die Empa zu diesem Wandel beiträgt. Das Ziel: ein System, das die Tragfähigkeit des Planeten nicht überschreitet.

• «Mining the Atmosphere», eine Forschungsinitiative zur Neudefinition der Rolle der gebauten Umwelt im Klimasystem durch die Entfernung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre und dessen Umwandlung in neuartige, wertvolle Materialien
• «ACHIEVE», eine SWEEET-Initiative zur Entwicklung von Lösungsansätzen für schwer vermeidbare Emissionen – von der Industrie über die Nutzung von Biomasse bis hin zur Kohlenstoffabscheidung und -transport – und deren Integration in eine nationale Dekarbonisierungsstrategie.
• «Beyond Zero», eine Unit im Innovationsgebäude NEST, die vielversprechende CO₂-reduzierte und CO₂-negative Innovationen im Bausektor fördert und aufzeigt, ob und wie Gebäude als Kohlenstoffsenken fungieren können.