Menschen plündern das Periodensystem und verschließen dabei die Augen vor den damit verbundenen Risiken, sagen Forscher

Die Natur kommt seit Jahrmillionen im Grunde nur mit wenigen Elementen aus dem Periodensystem aus. Kohlenstoff, Kalzium, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Silizium, Schwefel, Magnesium und Kalium sind die Bausteine ​​fast allen Lebens auf unserem Planeten (Baumstämme, Blätter, Haare, Zähne usw.). Um jedoch die Welt der Menschen aufzubauen – darunter Städte, Gesundheitsprodukte, Eisenbahnen, Flugzeuge und ihre Motoren, Computer, Smartphones und mehr – werden viel mehr chemische Elemente benötigt.

Ein aktueller Artikel, erschienen in Trends in Ökologie und Evolution und geschrieben von Forschern des CREAF, der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) und des Spanischen Nationalen Forschungsrates (CSIC), warnt davor, dass die Palette der chemischen Elemente, die der Mensch benötigt (etwas, das wissenschaftlich als das menschliche Elementom bekannt ist), zunehmend von dem abweicht, was die Natur erfordert (das biologische Elementom).

Um 1900 stammten etwa 80 % der vom Menschen verwendeten Elemente aus Biomasse (Holz, Pflanzen, Nahrung usw.). Diese Zahl war bis 2005 auf 32 % gesunken und wird voraussichtlich bis 2050 bei etwa 22 % liegen. Wir steuern auf eine Situation zu, in der 80 % der von uns verwendeten Elemente aus nicht biologischen Quellen stammen.

Nicht-biologische Elemente sind in lebenden Organismen selten oder praktisch nicht vorhanden und im Allgemeinen selten; In vielen Fällen befinden sich ihre Hauptreserven in nur einer Handvoll Ländern. Sie müssen aus geologischen Quellen gewonnen werden, was Abbau, Handel zwischen Ländern und die Entwicklung effizienter Recyclingtechnologien erfordert, während ihre Knappheit und Lage Potenzial für soziale, wirtschaftliche, geopolitische und ökologische Konflikte schaffen.

Was zunächst wie eine rein wissenschaftliche Frage erscheint, hat also weitreichendere Auswirkungen. „Die Aufrechterhaltung des menschlichen Elementoms wird immer komplizierter und riskanter; es muss im Hinblick auf Umweltgerechtigkeit und natürlich mit einer rationelleren Nutzung der begrenzten Ressourcen der Erde erfolgen“, fasst Jaume Terradas, Gründer von CREAF, zusammen , Honorarprofessor an der UAB und einer der drei Autoren des Artikels.

Die Menschheit, fest verbunden mit ihrer expansiven Nutzung des Periodensystems

Die Studie blickt auf die Geschichte der Menschheit in Bezug auf ihre Verwendung der Elemente des Periodensystems zurück. „Die Menschen haben sich von der Verwendung gewöhnlicher Materialien wie Ton, Stein und Kalk, deren Elemente im Boden, in der Natur und in der Atmosphäre ständig recycelt werden, zur Verwendung vieler anderer Elemente entwickelt, insbesondere einschließlich der sogenannten Seltenerdelemente “, sagt Jordi Sardans, CREAF-Forscher und Co-Autor der Studie. Dem Artikel zufolge begannen die menschlichen und biologischen Elementome im Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts auseinander zu gehen, was auf die kontinuierliche Zunahme der Verwendung von Nicht-Biomasse-Materialien (fossile Brennstoffe, metallische/industrielle Materialien und Baumaterialien) zurückzuführen ist.

Im Jahr 1900 waren 79 % aller Materialien, die Menschen jährlich verwenden, Biomassematerialien, verglichen mit 32 % im Jahr 2005 und der Zahl von 22 %, die derzeit für 2050 vorhergesagt wird. wie Rechen- und Photovoltaikgeräte und Mobiltelefone, wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts zum menschlichen Elementom hinzugefügt.

Dazu gehören Silizium, Nickel, Kupfer, Chrom und Gold sowie weniger verbreitete Stoffe wie Samarium, Ytterbium, Yttrium und Neodym. In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Verwendung solcher knapper Elemente aufgrund der Implementierung und Erweiterung neuer Technologien und sauberer Energiequellen zugenommen.

„Der Verbrauch/die Gewinnung von Mineralstoffen steigt jährlich um etwa 3 %, und das wird bis 2050 so bleiben“, sagt Josep Peñuelas, CREAF- und CSIC-Forscher und der andere Co-Autor der Studie. „In diesem Szenario ist es möglich, dass wir bis 2050 alle unsere Reserven einiger dieser Elemente (Gold und Antimon) und anderer (Molybdän und Zink) innerhalb von hundert Jahren aufgebraucht haben.“

Ökologische, wirtschaftliche, soziale und geopolitische Risiken

Der Artikel lässt keinen Zweifel: Der Abbau der chemischen Elemente der Erde könnte ein limitierender Faktor sein und zu Krisen auf allen Ebenen führen. Die Verwendung von mehr Elementen des Periodensystems bedeutet die Gewinnung von mehr Mineralien, einen steigenden Energieverbrauch und die damit verbundenen CO2-Emissionen. Darüber hinaus gefährdet die zunehmende Verknappung der betreffenden Elemente deren Verfügbarkeit, insbesondere in ärmeren Ländern, erschwert die Aufrechterhaltung der Produktion auch für wohlhabende Länder und beeinträchtigt damit die wirtschaftliche Entwicklung.

Vor diesem Hintergrund gibt es auch wichtige und problematische geopolitische Überlegungen. Die natürlichen Reserven einiger Elemente, einschließlich der Seltenerdelemente, befinden sich in einer begrenzten Anzahl von Ländern (China, Vietnam, Brasilien, die USA, Russland und die Demokratische Republik Kongo); China kontrolliert tatsächlich über 90 % des globalen Angebots und fast 40 % der Reserven. Ihre Verfügbarkeit unterliegt daher Angebots- und Preisschwankungen, die durch gegensätzliche geopolitische Interessen verursacht werden, mit der daraus resultierenden Gefahr von Konflikten.

Raus mit programmierter Obsoleszenz, rein mit Recycling und Verwertung

Die Autoren betonen die Notwendigkeit, der programmierten Obsoleszenz (der Politik, ein Produkt so zu planen oder zu gestalten, dass es eine künstlich begrenzte Nutzungsdauer hat) ein Ende zu setzen sowie neue Technologien zu entwickeln, die zu einer rentableren Nutzung knapper Elemente beitragen und ermöglichen ihr weit verbreitetes, effizientes Recycling und ihre Wiederverwendung.

Für viele dieser Elemente gibt es derzeit, wenn überhaupt, nur wenige Alternativen, und ihre Recyclingquoten sind gering, da sie in geringen Mengen in Kombination mit anderen Materialien in einer breiten Palette von Produkten verwendet werden. Gegenwärtige Rückgewinnungstechniken haben einen schlechten Wirkungsgrad und bringen aufgrund der Toxizität von Seltenerdelementen ein hohes Verschmutzungsrisiko mit sich.

Der Artikel erwähnt verschiedene Technologien, die für die Rückgewinnung knapper Elemente verwendet werden könnten. Eine davon ist die Biolaugung, die Extraktion von Metallen aus ihren Erzen durch den Einsatz lebender Organismen wie Bakterien, die Seltenerdelemente anreichern können, wenn sie mit Industrieabfällen in Kontakt kommen.

Um Umweltverschmutzung zu vermeiden, untersuchen Wissenschaftler unterdessen die Biosorption, einen physikalisch-chemischen Prozess, der natürlicherweise in bestimmten Organismen vorkommt und es ihnen ermöglicht, Schadstoffe wie Schwermetalle aus dem Abwasser zu filtern.

Weitere Möglichkeiten sind Kryomahlen, bei dem die Rückgewinnung durch elektrochemische Abscheidung erfolgt; die Verwendung verschiedener kohlenstoffbasierter Nanomaterialien als Sorptionsmittel zur Vorkonzentration von Seltenerdelementen aus gelösten Feststoffen im Abwasser; Hydrometallurgie für die weitgehende Gewinnung von Seltenerdelementen und Schwermetallen aus Apatit und verschiedenen Schrotten; und Pyrometallurgie oder die Extraktion überkritischer Flüssigkeiten mit CO2.

In jedem Fall ist die Entwicklung neuer Wege zur Herstellung und zum Recycling solcher Elemente in großem Maßstab unerlässlich.