Strategische Netzwerkplanung unter Berücksichtigung von Rohstoffkritikalitäten
Am Beispiel des Recyclings von Photovoltaik-Modulen
Bearbeiter: Eva Degel
Ausgangslage
Seit dem Jahr 2000 ist die installierte Photovoltaik (PV) Leistung in Deutschland aufgrund von Subventionen stark angestiegen. Die erwartete Lebensdauer der Module von 25-30 Jahren lässt einen starken Anstieg des Abfallaufkommens in den nächsten Jahren erwarten. Ausgediente PV-Module wurden 2012 in die europäische WEEE-Richtlinie integriert, weshalb zukünftig eine Sammlung und ordnungsgemäße Verwertung der PV-Module unter Einhaltung von Recyclingquoten erforderlich ist. Während für die Erfüllung der gesetzlich vorgegebenen Quoten die Verwertung der in den Modulen enthaltenen geringwertigeren Rohstoffe wie Glas und Aluminium ausreichend ist, erscheint vor dem Hintergrund von Rohstoffknappheit und potentiellen Preissteigerungen gerade auch das Recycling der in geringen Mengen enthaltenen strategischen Rohstoffe, wie Indium, Silber, Kupfer, Tellur oder Gallium, sinnvoll. Potentielle Technologien zur Kreislaufführung dieser gering konzentrierten strategischen Rohstoffe befinden sich zum Teil noch im Labor- bzw. Technikumsstadium. Die Installation dieser Technologien wird mit hohen Investitionen verbunden sein. Im Hinblick auf den zukünftig weiterhin stark steigenden Rohstoffbedarf und vor dem Hintergrund der Abhängigkeit Deutschlands von Rohstoffimporten stellt sich die Frage, ob und wie eine Kreislaufführung der in den PV-Modulen enthaltenen kritischen Rohstoffe durch eine frühzeitige Einführung entsprechender Sammlungs- und Verwertungsinfrastruktur ermöglicht werden kann.
Zielsetzung
Vor diesem Hintergrund besteht die Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens in der Konzeption eines strategischen Planungsansatzes für die Errichtung einer Sammlungs- und Verwertungsinfrastruktur für PV-Module unter Berücksichtigung von Rohstoffkritikalitäten. Der Ansatz dient der Unterstützung und betriebswirtschaftlichen Bewertung von zukünftigen Investitionsentscheidungen zur Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung für Recyclinganlagen für PV-Module.
Vorgehensweise
Die Abbildung der Entscheidungssituation erfolgt über ein mehrperiodiges MILP zur integrierten Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung. Um die Unsicherheiten bezüglich der Verfügbarkeit und der Preisentwicklung strategischer Rohstoffe adäquat in der Systementscheidung abbilden zu können, werden Ansätze aus der robusten und der stochastischen Optimierung berücksichtigt. Zudem werden neue Indikatorsysteme für die Bewertung der Kritikalität von Rohstoffen herangezogen und es werden aktuelle Bewertungsergebnisse bezüglich der erwarteten Kritikalität konkreter Rohstoffe genutzt. Die Ergebnisse zeigen einen Zusammenhang zwischen der optimalen Ausgestaltung der Verwertungsinfrastruktur und der betrachteten Rohstoffkritikalitätsentwicklung.