Untersuchung des Einflusses technologischer Innovationen auf Stoffströme am Beispiel von Vanadium für Redox-Flow-Batterien. Jochen Nühlen

übergeordneten Denkweise einer möglichst effizienten Nutzung von Ressourcen wird das aufgestellte Modell mit Hilfe der Ergebnisse aus der Szenarioanalyse bewertet. Mit der Verknüpfung der Stoffstrom- und der Szenarioanalyse wird analysiert, wie sich der globale Vanadiumstoffstrom bei steigender Nachfrage durch Energiespeichertechnologien verändert und welchen qualitativen und quantitativen Einfluss ein innovatives technologisches Verfahren zur Vanadiumgewinnung auf den industriellen Metabolismus ausübt.

       1.2 Vorgehen

      Methodisch basiert die Arbeit auf der Durchführung einer literaturbasierten Stoffstromanalyse und dem daraus abgeleiteten qualitativen und quantitativen Stoffstrommodell in Verbindung mit einer Szenarioanalyse. Dafür werden Daten verschiedener Gewinnungs- und Aufbereitungsverfahren der industriellen Nutzung von vanadiumhaltigen Materialien ausgewertet und mit Hilfe der Modellierungssoftware STAN (subSTance flow ANalysis)¹ (vgl. Kapitel 3.2) abgebildet. In der Szenarioanalyse werden dazu Faktoren identifiziert und Deskriptoren aufgestellt, welche die zukünftige Entwicklung der Nutzung von Vanadium in den verschiedenen Wertschöpfungsketten beeinflussen können. Weiterhin wird ein Modell des theoretischen Potenzials des Sulfatverfahrens zur Gewinnung von Vanadium als Nebenprodukt aufgestellt. Das Vorgehen besitzt generischen Charakter und ist prinzipiell auf jedes Element des Periodensystems übertragbar, um den Einfluss technologischer Innovationen auf Stoffströme abzuleiten.

      In Kapitel 2 wird ein Überblick über den betrachteten Stoff Vanadium sowie über die Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher gegeben. Weiterhin werden die Grundlagen zum Thema des Stoffstrommanagements und der verfahrenstechnische sowie rohstoffliche Hintergrund des Sulfatverfahrens als potenzieller neuer Stoffstrom zur Vanadiumgewinnung dargestellt. Kapitel 3 definiert den methodischen Rahmen. Der zu betrachtende Stoff Vanadium wird in Kapitel 4.2 auf die notwendigen Daten und Informationen für das Stoffstrommodell analysiert und eine Wissensbasis erstellt. Auf Grundlage von Kapitel 2 und den erarbeiteten Informationen aus Kapitel 4.2 werden diese in Kapitel 4.3 abstrahiert und in das qualitative Stoffstrommodell überführt. Zudem werden in Kapitel 4.4 Szenarien entwickelt, die in Kapitel 4.5 im Stoffstrommodell abgebildet werden. Die Auswirkungen der identifizierten Szenarien auf das Stoffstrommodell von Vanadium werden im Anschluss in Kapitel 5 diskutiert. Kapitel 6 bietet eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeitsschritte sowie Einschätzungen zum Übertragbarkeitspotenzial und gibt einen Ausblick auf den weiteren Forschungsbedarf.