Bedingt durch Turbulenzen an den Rohstoffmärkten, durch die zunehmende Materialdiversifizierung und -abhängigkeit im Technologiesektor sowie durch den Bedeutungsgewinn von Rohstoffen als Produktionsfaktor gerieten ressourcenstrategische Analysen verstärkt in den Fokus der akademischen Forschung. Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Abhandlung wurde eine Ressourcenkritikalitätsanalyse hinsichtlich der vielversprechenden Zukunftstechnologie der Perowskit-Solarzellen durchgeführt. Im Zuge dieser interdisziplinären Untersuchung galt es, nicht nur wirtschaftliche Risiken bezüglich der zukünftigen Rohstoffversorgung darzulegen, sondern auch potentielle Materialsubstitutionen zu diskutieren. Außerdem wurde der Frage nachgegangen, wie das bionische Gesamtsystem der perowskitbasierten Photovoltaik hinsichtlich Nachhaltigkeitskriterien zu bewerten ist und inwieweit das Instrument der Kritikalitätsanalyse dafür verwendet werden kann. Im Zeitalter des Anthropozän bedarf es nämlich einer differenzierten Auseinandersetzung mit der gesamten Wertschöpfungskette eines technologischen Produktes und seinen ökonomischen, ökologischen sowie sozial-gesellschaftlichen Auswirkungen.

Textprobe: Kapitel 3.2.4: Die Perowskit-Solarzelle im terrestrischen Gesamtsystem: Setzt man die Perowskit-Solarzelle in den Kontext des gesamten terrestrischen Systems lassen sich weitere Vorteile erkennen. Dafür ist eine Betrachtung der Energie- und Stofftransformationen notwendig. Der Energieaufwand, der für die einzelnen Teilabschnitte des Produktlebenszyklus wie Herstellung, Transport, Verkauf und Entsorgung benötigt wird, lässt sich als Graue Energie bezeichnen (Zeumer et al., 2009). Insbesondere Hochtechnologieprodukte benötigen teilweise enorme Mengen an Grauer Energie. Zwar lässt sich die Perowskit-Solarzelle nur bedingt als Hochtechnologie einstufen, jedoch ist der Energieeinsatz im Vergleich zu anderen Energiesystemen wesentlich günstiger. Die energetische Effizienz beruht auf einigen Besonderheiten dieses Energiesystems. Der erste Grund ist, dass bei der gesamten Energieerzeugung der Perowskit-Solarzelle ausschließlich physikalische Prozesse ablaufen. Denn chemische Abläufe sind in der Regel mit Energieverlusten verbunden. Hinzu kommt, dass weder die Produktion noch die Anwendung hohe Temperaturen benötigen. Durch die sofortige Produktion von elektrischer Energie existieren außerdem keine Verluste durch Energietransformationen. In der gesamten Energieprozesskette der Perowskit-Solarzelle finden keine ineffizienten Schritte statt. Summa summarum lässt sich dieses Energiesystem zwar nicht als maximal effizient, aber im Zusammenhang mit dem terrestrischen System als sehr angepasst oder optimal beschreiben (Reller, 2014b). Zusammenfassend bietet die Perowskit-Solarzelle einige wesentliche Voraussetzungen eines nachhaltigen Technologieeinsatzes und gilt als ein Beisiel der Bionik. Ob und inwieweit diese Nachhaltigkeitskriterien erfüllt werden und ob möglicherweise andere Aspekte der Technologie kritisch zu bewerten sind, soll im Kapitel 4 geklärt werden. 4: Kritikalitätsanalyse: In Zuge dieses vierten Kapitels erfolgt die Analyse und Bewertung der Perowskit-Solarzelle. Dabei werden zunächst die Vorgehensweise und das Bewertungsschema erläutert. Die einzelnen Indikatoren sind anschließend hinsichtlich der drei Dimensionen der Nachhaltigkeit in einen ökonomischen, ökologischen und sozial-gesellschaftlichen Komplex gegliedert. 4.1: Annahmen und Schemata der Analyse: Wie bereits im Kapitel 2.2.2 beschrieben sollen im Folgenden nun die einzelnen Schritte der Kritikalitätsanalyse mit ihren Ergebnissen dargestellt und erläutert werden. Außerdem werden die Rahmenbedingungen definiert sowie das Bewertungsschema vorgestellt. 4.1.1: Auswahl der potentiell kritischen Materialien: Um die Kritikalität einer Technologie ausführlich zu überprüfen, bedarf es eigentlich einer Analyse und Bewertung von allen genutzten Rohstoffen. Da der Umfang einer studentischen Abschlussarbeit in diesem Rahmen allerdings begrenzt ist, musste eine umsetzbare Vorgehensweise gefunden werden. Sie besteht darin, lediglich drei Rohstoffe der Perowskit-Solarzelle exemplarisch zu analysieren, die jedoch aufgrund gewisser Charakteristika eine hohe Relevanz und Funktionalität für diese Technologie darstellen. Bei der Definition der Kriterien und Auswahl der Rohstoffe wurde auf die Fachexpertise von Prof. Dr. Armin Reller mittels zweier Interviews (Reller, 2014a & Reller, 2014b) zurückgegriffen. Der Rohstoff sollte durch die Experteneinschätzung als potentiell kritisch eingestuft werden, eine hohe Funktionalität in der Solarzelle aufweisen, in zukünftigen Entwicklungen der Technologie von große Bedeutung sein, nicht im Rahmen anderen Kritikalitätsanalysen ähnlicher Technologien bereits bewertet worden sein und in möglichst reiner Form verwendet werden, weil sich die Indikatoren der Analyse auf chemische Elemente beziehen. Verwendete Materialien wie Silber (Ag), Platin (Pt), Titan (Ti) oder Gold (Au) sind entweder in anderen Studien bereits ausführlich bewertet worden oder sind nicht als Spezifikum der Perowskit-Solarzelle zu werten bzw. weisen keine hohe Funktionalität auf. Die drei ausgewählten Elemente besitzen diese Eigenschaften hingegen und sollen hier nun kurz dargestellt außerdem soll ihre Auswahl begründet werden: Blei: Blei (Pb) besitzt im chemischen Periodensystem die Nummer 82 und wird aufgrund seiner extrem hohen Dichte als sogenanntes Schwermetall bezeichnet. Bedingt durch die hohe Toxizität erlangte dieses Element den Ruf eines klassischen Umweltgiftes und wird deshalb innerhalb seiner Anwendungsmöglichkeiten sukzessiv substituiert (Tukker, 2005). Wie in Kapitel 3.2.1 dargestellt, spielt Blei in der Perowskit-Struktur der Solarzelle eine entscheidende Rolle als metallische Komponente. Mittels dieser Materialzusammensetzung ergeben sich spezifischen Charakteristika wie z.B. die große Bandlücke, die zu den guten Werten hinsichtlich des Wirkungsgrades führen. Daraus resultieren eine potentielle Kritikalität sowie eine hohe Relevanz für die Funktionsweise der Perowskit-Solarzelle. Zinn: Zinn (Sn) ist ein silber-weißes Metall mit hoher Kristallinität und wird in vielen elektronischen Anwendungen für verschiedene Zwecke genutzt (EU 2014b, S. 108). Laut Snaith et al. (2014) gilt Zinn als eine vielversprechende Substitutionsmöglichkeit für Blei innerhalb der Perowskit-Struktur und könnte deshalb relevant für zukünftige Entwicklungen sein. Es ist darüber hinaus als Bestandteil des TCO für die Elektroden der Solarzelle von Bedeutung (siehe Kap. 3.1.4 & 3.2.1) und weist gemäß Experteneinschätzung ein potentielles Versorgungsrisiko auf. Iod: Iod (I) hat die Periodenzahl 53 und ist der Gruppe der Halogene zuzuordnen. Es ist ein essentieller Stoff der Fauna und Flora. Für den menschlichen Organismus wird Iod in erster Linie für wichtige Schilddrüsenhormone benötigt (Jakubke & Karcher, 1998). Es ist mit Blei ein virulenter Bestandteil der organisch-metallischen Perowskit-Struktur und lässt sich gemäß Miyasaka et al. (2009) nur bedingt durch andere Stoffe wie etwa Brom (Br) substituieren. Hinzu kommt die Tatsache, dass nicht-metallische Bestandteile in bisherigen Kritikalitätsanalysen wenig Aufmerksamkeit erhielten. 4.1.2 Indikatorauswahl zur Kritikalitätsbewertung Bei der Indikatorauswahl wurde darauf Wert gelegt, dass möglichst die gesamte Wertschöpfungskette und alle Abschnitte des Produktlebenszyklus berücksichtigt werden. Wie aus der Tabelle 1 (Kap. 2.2.2) hervorgeht, liegt der Fokus einschlägiger Kritikalitätsanalysen auf ökonomischen Gesichtspunkten. Die Indikatoren Politische Stabilität , Geopoltische Marktkonzentration und Statistische Reichweite wurden in aktuellen Studien am häufigsten verwendet (Achzet, 2012, S.15). Diese etablierten Kriterien zur Einschätzung des Versorgungsrisikos wurden deshalb in den Indikatorkatalog dieser Forschungsarbeit aufgenommen. Außerdem wurden im Rahmen der Kritikalitätsanalysen Aspekte wie Recycling, Konkurrenzanwendungen, Substituierbarkeit, Preisvolatilität und Anteil der Koppelprodukte untersucht. Auf einen Indikator bezüglich der Substituierbarkeit der Rohstoffe wird in dieser Analyse verzichtet. Denn eine potentielle Substitution ist sehr anwendungsspezifisch und für diese Technologie wird die aussichtsreichste Substitutionsmöglichkeit, Zinn, bereits als Rohstoff analysiert. Auch auf eine Angabe zu dem Koppelprodukteanteil wird verzichtet, weil es sich bei Blei und Zinn um Hauptabbauprodukte handelt (Resnick Institute, 2011, S. 13). Als vierter ökonomischer Indikator wird in dieser Forschungsarbeit die Preis- und Nachfrageentwicklung aufgenommen. Darunter sind zusammenfassend Preisvolatilität, Konkurrenzanwendungen usw. zu verstehen. Die ausgewählten Indikatoren Recyclingpotential sowie Material- und Energieeffizienz können inhaltlich sowohl dem Bereich der Ökonomie als auch der Ökologie zugeordnet werden. Recyclingvorgänge sowie Material und Energieeinsparungen können sich positiv auf Kostenfaktoren und den globalen Ressourcenverbrauch niederschlagen. Als weitere ökologische Gesichtspunkte wurden zudem die Ökotoxizität , die Umweltstandards und Beeinträchtigung des Ökosystems sowie das Treibhausgaspotential aufgenommen. Im Rahmen der sozialen Dimension sind nur vereinzelt Ansätze aus bisherigen Studie bekannt (Achzet, 2012, S. 19f) und dienen eher als Faktor innerhalb des potentiellen Länderrisikos. Es wurden hierfür folgende Indikatoren als wichtig empfunden: Gesellschaftliche Akzeptanz der Technologie , Soziale Standards , Partizipationsmöglichkeiten sowie Gesellschaftliche Entwicklungen .

• Bionik

• Nachhaltigkeit

• Zukunftstechnologie

• Photovoltaik

• Ressourcenmanagement

• Rohstoffmarkt

• Technologiesektor

Julian Zöschinger, 1991 in München geboren, studierte an der Universität Augsburg Geographie. Sein Bachelorstudium konnte er im Jahre 2014 erfolgreich abschließen. Im Rahmen seiner interdisziplinären Ausbildung legte er seinen fachlichen Schwerpunkt auf das Ressourcenmanagement und den Themenbereich der Erneuerbaren Energien.