Die nachhaltige Entwicklung kritischer Rohstoffe (CRM) ist eine der größten Herausforderungen, vor der unsere Gesellschaft im Zuge des Übergangs zu einer grünen, digitalen und kreislauforientierten Wirtschaft steht. Sedimentgebundene Erzlagerstätten sind gekennzeichnet durch hohe Metallkonzentrationen und einer mittleren bis hohen Fördermenge. Im Vergleich zu anderen Lagerstättentypen können sedimentgebundene Lagerstätten daher umweltfreundlicher abgebaut werden. Die wichtigsten Erze in diesen Lagerstätten bilden die beiden schwefelhaltigen Minerale Zinkblende (ZnS) und Bleiglanz (PbS). Um hochgradige Vorkommen zu bilden, sind daher nicht nur große Mengen an Metallen, sondern auch ebenso große Mengen an reduziertem Schwefel erforderlich. Das Erzvorkommen entsteht in der Regel dort, wo das hydrothermale Fluid, welches Zink (und Blei) transportiert, auf Gestein trifft, das große Mengen an reduziertem Schwefel enthält. Sedimentgebundene Lagerstätten bildeten sich nur in bestimmten Perioden der Erdgeschichte; in den heutigen Ozeanen entstehen keine solchen Lagerstätten mehr. Die Gründe dafür sind unklar, aber wir wissen heute, dass die Erzbildung stark von der Optimierung von Schlüsselprozessen abhängt und in alten Sedimentbecken wahrscheinlich mikrobielle Aktivitäten eine Rolle gespielt haben. Mikroben sind für für die Umwandlung von Sulfat aus altem Meerwasser zu reduziertem Schwefel wichtig, welcher wiederum die Grundlage für die Anreicherung der Metalle und die Erzbildung bildet. In diesem Projekt wollen wir neue Techniken entwickeln, um die mikrobielle Aktivität und die Bildung von reduziertem Schwefel in sedimentgebundenen Erzlagerstätten nachzuweisen. Dies wird uns dabei helfen zu verstehen, warum und wie sich große Lagerstätten bilden und wo sie vorkommen. Unser Projekt hilft somit die Entdeckung neuer Lagerstätten zu verbessern.
In RESUME wird untersucht, wie sich die Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe - und deren Versorgungsrisiko sowie Recycling-Potenzial - auf mögliche Umsetzungspfade für die deutsche Energiewende auswirkt. Zu diesem Zweck werden die Rohstoffverfügbarkeiten sowie die Rohstoffanforderungen von Energietechnologien in ein Energiesystemmodell integriert, um aus Rohstoffbedarfssicht nicht realisierbare Pfade verwerfen und robuste Pfade identifizieren zu können. Dabei wird das Design des Energiesystems nicht nur auf die zu erwartenden Versorgungskosten, sondern im Zuge einer Mehrzieloptimierung auch bezüglich Versorgungsrisiko und die Rohstoffkritikalität ausgelegt Die GAMS Software GmbH entwickelt das General Algebraic Modelling System (GAMS), welches bei der Modellierung besagter Energiesystemmodelle zum Einsatz kommt. Das Teilvorhaben der GAMS Software GmbH verfolgt im Rahmen von RESUME im Wesentlichen das Ziel der Schaffung neuer Funktionalität zum effizienten Bestimmen pareto-optimaler Lösungen für multikriterielle GAMS Modelle, d.h. Modelle mit mehreren Zielfunktionen.
The East African Rift System (EARS) continues south of the Afar Crossing in Ethiopia through Kenya and then splits into two branches: the western branch, which runs through Uganda and Rwanda, and the eastern branch, which runs through Tanzania. Both unite in Malawi. Magmatic activity began 20 million years ago south of Lake Turkana (Kenya). Here, destabilisation of the continental lithosphere and extrusion of phonolitic floods occurred, and after a phase of resurgence, small-scale ultra-alkaline, Si-saturated activity took place between ca. 5.9 and 2.9 Ma, defining the early rift development and volcanic initiation phase. Volcanism in the western branch of the EARS is confined to four spatially restricted provinces, all of which are found at the tips of long boundary faults or in accommodation zones between rift segments (Ebinger et al., 1989).
In autumn 2024, an expedition to Rwanda was undertaken within the framework of the research project “CRM-geothermal”. Within „CRM-geothermal“, we are looking for an environmentally friendly co-production of critical raw materials together with the provision of geothermal energy. In the EARS, high levels of rare earth elements (REE), Sr, Ba and Mg are expected in waters and solids in areas with alkaline volcanic rocks, while other critical elements, including helium, have been sought in other localities. The eastern and western branches of the EARS host juvenile sectors with promising geothermal potential related to hot fluids migrating along permeable faults.
The expedition began in the Virunga Volcanic Province in north-western Rwanda and continued all along Lake Kivu to Kamembe Further, along the Nyakabuye-Ruhwa Valley, in the area of Bugarama, Ruhwa and Mashyuza, gas, water, rock and sediment associated with natural hot springs but also cold springs were collected. On site, physical and chemical parameters were measured in-situ and documented together with the geology, infrastructure and domestic use of the hot site. At Ruhwa borehole, southern Rwanda, the hot water (66°C) emerges as an artesian spring at the surface. Drilling sites for geothermal water and energy extraction in Karisimbi were not visited because no economically viable geothermal system was found. Gisenyi and Bugarama are in the focus of the authorities, but funding for drilling at these sites was not yet achieved. We visited these sites to monitor the physicochemical parameters and to highlight the importance of their usage.
We strongly support the idea of using geothermal water in rural areas and decentralising the energy supply system to make it less prone to disruption. Since both geothermal sites, Gisenyi and Bugarama, are within highly populated areas, direct usage of heat and energy would be of major economic and ecologic advantage, saving wood and charcoal, preventing air contamination and providing energy for light and electric media in private and public properties. That said, there is huge potential to enhance the everyday life of local residence, making the society less prone to influences from outside their quarters, foreign countries and changing climate.
<p> <p>Die für den Schutz von Mensch und Umwelt zuständigen deutschen Bundesbehörden stellen den Forschungsbedarf aus regulatorischer Sicht dar.</p> </p><p>Die für den Schutz von Mensch und Umwelt zuständigen deutschen Bundesbehörden stellen den Forschungsbedarf aus regulatorischer Sicht dar.</p><p> <p>Neuartige Materialien können potentiell bei der Bewältigung von globalen und gesellschaftlichen Herausforderungen unterstützen. Dies betrifft beispielsweise die Anwendung im Gesundheitswesen, bei der Energiewende oder als Ersatz für bedenkliche Stoffe oder kritische Rohstoffe. Um den gesellschaftlichen Nutzen neuartiger Materialien jedoch voll auszuschöpfen, sind deren Sicherheit für Mensch und Umwelt sowie <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nachhaltigkeit">Nachhaltigkeit</a> über den gesamten Lebenszyklus von zentraler Bedeutung. Dazu gehört es, mögliche negative Auswirkungen bei der Herstellung, der Nutzung und am Ende ihrer Verwendung rechtzeitig zu vermeiden oder zu mindern. Als Reaktion auf die Mitteilung der Europäischen Kommission zu „Advanced Materials for Industrial Leadership” (dt: „Fortgeschrittene Werkstoffe für eine industrielle Führungsrolle”) haben das Umweltbundesamt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a>), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), das Bundesinstitut für Risikobewertung (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bfr">BfR</a>) und die Physikalisch-technische Bundesanstalt (PTB) nun eine strategische Forschungsagenda für sichere neuartige Materialien veröffentlicht.</p> <p>Da Materialinnovationen mit dem Ziel gefördert werden, sicherere und nachhaltigere Lösungen im Vergleich zu herkömmlichen Chemikalien und Anwendungen zu bieten, muss sichergestellt werden, dass die Materialien selbst sicher sind. Die Sicherheitsforschung hinkt jedoch häufig der Innovation hinterher. Daher begleiten die für den Schutz von Mensch und Umwelt, sowie für die Metrologie zuständigen deutschen Bundesbehörden das rasante Innovationstempo von neuartigen Materialien mit einer langfristigen Forschungsstrategie, die sich auf den Forschungsbedarf aus regulatorischer Perspektive konzentriert. </p> <p>Die Strategie soll als Leitfaden für die Ausrichtung und Priorisierung der Forschung der deutschen Bundesbehörden dienen, soll aber auch politische Entscheidungsträger, Förderinstitutionen und die wissenschaftliche Gemeinschaft über den regulatorisch relevanten Forschungsbedarf für sichere neuartige Materialien informieren. Die vorgestellte Strategie zeigt die notwendige Sicherheitsforschung auf, die auf der einen Seite Regulierungsbehörden in die Lage versetzt, neuartige Materialien angemessen bewerten zu können, und auf der anderen Seite auch das „Safe and Sustainable by Design“ (SSbD) für Innovatoren unterstützt. </p> <p>Zu den von der Strategie abgedeckten Bereichen gehören:</p> <ul> <li>„Horizon Scanning” und Frühwarnsysteme zur Ermittlung relevanter neuartiger Materialien und ihrer Anwendungen, Identifizierung von Wissenslücken und Warnsignalen,</li> <li>Forschung zur Schließung von Wissenslücken zu Sicherheitsaspekten von neuartigen Materialien, um der Komplexität und zunehmenden Vielfalt neuartiger Materialien zu begegnen, </li> <li>Entwicklung von Prüf- und Bewertungsstrategien, um eine angemessene regulatorische Risikobewertung zu ermöglichen,</li> <li>rechtzeitige Entwicklung und Validierung aktueller harmonisierter Prüfverfahren als Grundlage für eine fundierte Risikobewertung auf Basis von zuverlässigen Gefahren- und Expositionsinformationen,</li> <li>Förderung einer sicheren und nachhaltigen Gestaltung neuartiger Materialien, um Innovatoren zu unterstützen.</li> </ul> <p>Für jeden dieser Bereiche skizziert die Strategie den aktuellen Stand der Forschung, den Forschungsbedarf und die erwarteten Auswirkungen der Forschung. Darüber hinaus hebt die Strategie übergreifende Themen hervor, die wichtige Voraussetzungen für erfolgreiche Forschung sind, wie beispielsweise die Datenerhebung nach den „FAIR-Prinzipien“, Digitalisierung, Vernetzung und Bildung sowie angemessene Ausstattung der Labore. Die Forschungsstrategie bietet außerdem einen Überblick über die aktuelle Forschung zu neuartigen Materialien durch die zuständigen deutschen Bundesbehörden. </p> <p>Die nun veröffentlichte „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/strategische-forschungsagenda-zu-neuartigen">Strategische Forschungsagenda zu neuartigen Materialien</a>“ ist die vierte Aktualisierung der gemeinsamen Forschungsstrategien zu Nano- und neuartigen Materialien der deutschen Bundesbehörden seit dem Jahr 2007.</p> <p>Die gemeinsame Forschungsstrategie in englischer Sprache ist auf der Website des UBA abrufbar: <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/strategic-research-agenda-for-safe-advanced">Strategic Research Agenda for Safe Advanced Materials</a></p> </p><p>Informationen für...</p>