Wie wird Aluminium produziert und ist Island ein geeigneter Standort für die Produktion?

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Aluminiumproduktion
2.1 Ausgangsstoff Bauxit
2.2 Aluminiumoxid-Umwandlung
2.3 Endgültige Verhüttung

3. Historie und Zukunftsgedanken
3.1 Historie
3.2 Zukunft

4. Unterschiede zu anderen Standorten
4.1 Island
4.2 Deutschland

5. Zusammensetzung einer Tonne Aluminium am Weltmarkt

6. Standorttheorie Island
6.1 Grundzüge der Standorttheorie nach A. Weber
6.2 Transportkostenminimalisierung
6.3 Transportkostenminimalisierung in isländischem Bezug

7. Resümee

8. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Bauxitabbau im brasilianischen Regenwald (Quelle: Bezirksblätter Niederösterreich GmbH: Metall der Moderne. https://www.meinbezirk.at/ amstetten/gesundheit/metall-der-moderne-d416024.html. 26.10.2017)

Abbildung 2: Rotschlamm Entsorgung (Quelle: Norsk Hydro ASA: Gestão de recursos. https://www.hydro.com/pt-BR/a-hydro-no-brasil/sustentabilidade/meio-ambiente/ gestao-de-recursos/. 27.10.2017)

Abbildung 3: Im Inneren einer Aluminiumhütte (Quelle: The Globe and Mail Inc.: Quebec needs to move beyond simply smelting aluminum. https://beta.theglobeandmail.com/report-on-business/industry-news/energy-and-resources/quebec-needs-to-move-beyond-simply-smelting-aluminum/article4200636/ ?ref=http://www.theglobeandmail.com&. 27.10.2017)

Abbildung 4: Energieverbrauch der Elektrolyse in Europa (Selbsterstellt, Quelle der Daten: The International Aluminium Institute: Primary Alu-minium Smelting Power Consumpti-on. http://www.world-aluminium.org/statistics/primary-aluminium-smelting-power-consumption/#data. 25.10.2017)

Abbildung 5: Alcoa Aluminiumhütte in Reydarfjordur (Ost-Island) (Quelle: Quelle: Nordregio: Lessonsfrom Alcoa in East Iceland. http://www.nordregio.se/en/Metameny/About-Nordregio/Journal-of-Nordregio/ Journal-of-Nordregio-no-2-2011/Lessons-from-Alcoa-in-East-Iceland/. 25.10.2017)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Das 21. Jahrhundert ist das Zeitalter des industriellen wie technologischen Fortschritts. Jeder Handels- und Wirtschaftsbereich legt Wert darauf, effizienter zu handeln, oft ungeachtet ökologischer Folgen. Besonders die Effizienzsteigerung sowie die Transportkostenminimalisierung sind wichtige Fragen, denen sich Unternehmen stellen müssen. Natürlich hat jede Branche ihre eigenen Schwerpunkte, wie sie mit minimalen Ausgaben produzieren bzw. mit maximalem Profit verkaufen kann. Nicht immer liegt der Gewinn im Einkauf¹. Letztendlich bleiben die Grundsteine der Standortfaktoren aber gleich. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie sinnvoll es ist, Aluminium in Island herzustellen, und stützt sich hierbei auf die Thesen der Standorttheorie von Alfred Weber. Um aufzuzeigen, was bei der Produktion von Nöten ist, und welchen Anteil diese Stoffe an den Endkosten haben, wird zum besseren Verständnis die Förderung vom Rohmaterial bis hin zum fertigen Halbzeug mitbehandelt. Auch werden historische und zukunftsorientierte Aspekte miteingearbeitet. Ebenfalls wird versucht, dem Leser verständlich zu machen, wie sich der Aluminiumpreis am Weltmarkt zusammensetzt. Das Ziel der Arbeit ist es, verständlich zu machen, warum Island, als abgelegener Staat Europas ohne industrielle Bedeutung und ohne für die Aluminiumherstellung bedeutenden Bodenschätze, 28.000 Tonnen Aluminium im Jahr mehr fördert als das Bauxitreich Brasilien². So setzt sich die Arbeit auch mit der Frage nach der Transportkostenminimalisierung auseinander und warum dieser Grundsatz in Island offensichtlich nicht angewendet wird.

Aluminium ist kein Element, das fertig im Boden unserer Erde zu finden ist. Es muss in drei großen Arbeitsschritten gefördert werden: vom Bauxit über das Bayer-Verfahren zum Aluminiumoxid, bis hin zum fertigen Aluminiumbarren durch die Schmelzflusselektrolyse. Jedes dieser Verfahren, insbesondere die Elektrolyse, benötigt Unmengen an elektrischer Energie. Je nach Standort der Produktionsstätten machen die Stromkosten meistens mehr als 40 Prozent der Produktionskosten aus. Um verstehen zu können, wie Aluminium hergestellt wird und warum es zehnmal so viel Energie benötigt wie die Herstellung von Stahl, werden im Folgenden die einzelnen Arbeitsschritte ausführlich geschildert.

2. Aluminiumproduktion

2.1 Ausgangsstoff Bauxit

Der Ausgangsstoff zur Aluminium Produktion ist Bauxit, welcher wie folgt definiert ist:

„weißes bis rötliches Sedimentgestein mit hohem Aluminiumhydroxid-Gehalt. Es dient als Grundstoff für die Aluminiumherstellung“.³

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Bauxitabbau im brasilianischen Regenwald

Die Abbaugebiete des Rohstoffes konzentrieren sich größtenteils auf die äquatornahen Tropenregionen. Das Klima ist dort von hohen Temperaturen und überdurchschnittlichem Niederschlag geprägt. Folglich steigt die Bodenverwitterung immens an. Somit waschen sich mit der Zeit die wasserlöslichen Bestandteile im Boden aus und die wasserunlöslichen, wie Aluminiumoxide, reichern sich an⁴. Das Bauxit wird in sogenannten Wanderminen abgebaut, was bedeutet, dass fertig geschürfte Gebiete wieder aufgeschüttet und aufgeforstet werden, ähnlich wie beim Kohleabbau in Deutschland⁵. Die Hauptabbaugebiete konzentrieren sich auf die südliche Hemisphäre, vor allem auf Australien und Brasilien⁶, da in den Tropen das Bauxit meist über 50 Prozent Al-Gehalt aufweist⁷. Dort lässt sich das unedle Metall problemlos im Tagebau schürfen, da es oberflächennah unter der Humusschicht vorzufinden ist⁸. Der Tagebau bringt aber auch große Primärwaldrodungen mit sich, da nicht nur die Abbauflächen gerodet werden müssen, sondern auch der Platz für die Infrastruktur solcher Minen geschaffen werden muss. Dies führt zur Zerstörung von wichtigen Lebensräumen für Menschen, Tiere und Pflanzen. Das Ökosystem wird dauerhaft geschädigt. Reichhaltiges Bauxit kann bis zu 60 Prozent Al enthalten. Es tritt aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit nur fest gebunden mit anderen Elementen auf, was eine Isolierung, wie sie in den folgenden Kapiteln beschrieben wird, sehr schwierig macht⁹.

2.2 Aluminiumoxid-Umwandlung

Das im Bauxit enthaltene Aluminiumoxid ist ein weißes, mehlartiges Pulver, welches auch als Tonerde bekannt ist¹⁰. Es ist der Ausgangsstoff für die elektrolytische Al-Herstellung. Die Tonerde erhält man durch das über 120 Jahre alte, noch immer genutzte Bayer-Verfahren in Aluminiumoxidfabriken¹¹. Für dieses Verfahren sind gigantische Anlagen notwendig. Der chemische Aufschluss in den Fabriken erfolgt durch hohen Druck und starke Hitze mit gewaltigen Mengen an Natronlauge¹². Das Bauxit muss zunächst gemahlen werden, bevor es in Autoklaven beigesetzt wird¹³. Dort wird es unter Hitze und Druck mit Natronlauge vermischt, wodurch sich Natronaluminat bildet¹⁴. Aus den restlichen Bauxit-Bestandteilen, welche sich nicht auflösen, entsteht Rotschlamm¹⁵. Dieser Schlamm ist ein höchst umweltschädigendes und ätzendes Abfallprodukt des Bayer-Verfahrens. Dieses Produkt wird in umweltgefährdenden Rotschlammseen endgelagert. Bis zu 6,2 Tonnen des giftigen Schlammes können für die Herstellung einer Tonne Aluminium anfallen¹⁶.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 : Rotschlamm Entsorgung

Anschließend wird das Natronaluminat durch Verdünnung und Abkühlung in festes Aluminiumhydroxid umgeformt. Das Aluminiumhydroxid wird danach in Öfen, welche sich um die eigene Achse drehen, auf über 1000°C erhitzt¹⁷. Dieser Schritt, der auch als Kalzinierung bezeichnet wird, spaltet Wassermoleküle ab. Es entsteht Aluminiumoxid. Für die Herstellung einer Tonne Aluminium durch das Bayerverfahren werden ca. 25 Megajoule Wärmeenergie benötigt. Dies ist eine beträchtliche Summe, welche allein durch eine Modernisierung des Herstellungsschrittes um 30 Prozent gesenkt werden kann¹⁸. Noch mehr Energie benötigt die eigentliche Aluminiumverhüttung, welche im Nachfolgenden erläutert wird.

2.3 Endgültige Verhüttung

Unter Verhüttung versteht man das endgültige Verarbeiten von Erzen oder ähnlichen Materialien zu Metall¹⁹. Während die beiden zuvor genannten Schritte aufgrund geringer Umwelt- und Arbeitsvorschriften meistens in den Förderländern ausgeführt werden, wird die endgültige Verhüttung tendenziell in den größeren Verbraucherländern umgesetzt. Hierbei stützt man sich auch heute noch auf ein 130 Jahre altes Grundkonzept, das Hall-Héroult-Verfahren²⁰. Bei diesem Schmelzflusselektrolyseverfahren benötigt man enorme Mengen elektrischer Energie, um das Metall aus seiner Bindung vom Sauerstoff zu lösen. Durchschnittlich 80 Prozent der notwendigen Gesamtenergie in der Prozesskette sind dem Elektrolyseverfahren zuzuschreiben²¹.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 : Im Inneren einer Aluminiumhütte

Die Aluminiumherstellung benötigt fast zwei Prozent der Weltgesamtenergie²². Rund 17 Kilowattstunden Strom werden gebraucht, um im Schmelzflusselektrolyseverfahren ein Kilogramm Aluminium zu fördern²³. In Deutschland fallen für diesen Herstellungsschritt fast 45 Prozent der Produktionskosten an²⁴. Bei der Elektrolyse entsteht eine Vielzahl an giftigen Abgasen, wie das sog. Anodengas, oder Kohlenwasserstoffe. Diese konnten über die Jahre durch Trockenreinigungssysteme unschädlich gemacht werden²⁵. Die Suche nach preiswerter Energie der Produzenten ist enorm, z.B. wurde das Kárahnjúkar-Wasserkraftwerk in Islands Ostfjorden eigens dafür gebaut, eine Aluminiumhütte zu betreiben²⁶.

3. Historie und Zukunftsgedanken

3.1 Historie

In den 1930er Jahren war der Begriff Globalisierung der Wirtschaft weitgehend unbekannt. Länder schotteten sich vom Weltmarkt ab und verschrieben sich der Autarkiepolitik. Am Beispiel Islands ist zu sehen, dass es selbst im jüngsten Bericht 1994 des U.S. Departement of the Interior in den Mineral Commodity Summaries als Produzent nicht aufzufinden ist²⁷. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Island nicht als Globalplayer am Aluminiumweltmarkt mitspielte. 2006 fällt der Name Island erstmalig in der Tabelle der Produzenten. In diesem Jahr wurden 320.000 Tonnen Primäraluminium gefördert²⁸. Dies ist global gesehen nicht viel, konnte aber in vielen Jahren durch die Verbesserung von bestehenden Aluminiumhütten Islands erreicht werden. Erst 2008 konnte Island seine Produktion auf knapp 800.000 Tonnen Aluminium erhöhen und stieg somit auf Platz elf der Weltrangliste in der Hüttenproduktion von Aluminium²⁹. Dies folgte daraus, dass Alcoa, der weltgrößte Bauxit-Schürfer, die größte Aluminiumhütte Europas im Osten des Landes in Betrieb nahm³⁰. Bis heute produziert Island jährlich 800.000 Tonnen Aluminium und liegt damit knapp vor Brasilien. Der weltweit größte Produzent China liegt mit mehr als der 39-fachen Menge an Aluminium deutlich auf Platz eins. Der zweitgrößte Produzent, nämlich Russland, liegt mit mehr als der vierfachen Menge davor³¹

3.2 Zukunft

Die Zukunft der Aluminiumverhüttung läuft parallel zur Zukunft von erneuerbaren Energien. Somit liegt die Zukunft der industriellen Aluminiumverhüttung in der Nutzung von dauerhaft billigen und bevorzugt nachhaltigen Energien. Die Effizienzsteigerung der benutzten Geräte bringt keinen großen Gewinn. Das liegt daran, dass Gerätschaften zur Förderung, wie Bagger oder Kräne, oftmals bereits auf dem neusten Stand sind und die Effizienzsteigerung des Herstellungsverfahrens oft selbst mehr Kosten als Nutzen mit sich bringen. Ebenfalls würde sich die Frage stellen, ob effizienzsteigernde Maßnahmen durchgesetzt werden könnten, da diese meist einen kompletten Umbau der Anlagen mit sich bringen würden. Wenn man sich anschaut, welche Energien benutzt werden, um Aluminium zu gewinnen, sticht vor allem Wasserkraft heraus³².

[...]

¹ Alte Kaufmannsweisheit.

² Mineral commodity summaries.

³ Raczkowsky, S. 19.

⁴ Luitgard Marschall, S. 215.

⁵ Ebd., S. 218.

⁶ Ebd., S. 209.

⁷ Langbein & Partner.

⁸ Luitgard Marschall, S. 205.

⁹ Ebd., S. 214.

¹⁰ Ebd., S. 227.

¹¹ Ebd., S. 228.

¹² Langbein & Partner.

¹³ Luftdicht verschließbarer Druckbehälter, Bibliographisches Institut.

¹⁴ Langbein & Partner.

¹⁵ Luitgard Marschall, S. 228.

¹⁶ Luitgard Marschall, S. 229.

¹⁷ Ebd., S. 228.

¹⁸ Ebd., S. 231.

¹⁹ Bibliographisches Institut.

²⁰ Marschall Luitgard, S. 162.

²¹ Ebd., S. 247.

²² Ebd., S. 232.

²³ Würtemberger, S. 82.

²⁴ Langbein & Partner.

²⁵ Luitgard Marschall, S. 249.

²⁶ Ebd., S. 232.

²⁷ Mineral commodity summaries, Aluminium.

²⁸ Ebd.

²⁹ Ebd.

³⁰ Alcoa Corporation.

³¹ Mineral commodity summaries, Aluminium.

³² Luitgard Marschall, S. 233.