Alkalisilikatische und karbonatitische Schmelzen bilden Intrusionskörper mit ausgeprägter vertikaler Zonierung von magmatischen Gesteinen sowie von Lagerstätten seltener Metalle. Elemente, wie z.B. Nb, Zr, Hf, SEE oder Ti, werden durch magmatische Fraktionierung sowie durch Fluide, die in verschiedenen Intrusionsniveaus ausgeschieden werden, angereichert und vertikal verteilt. Fluide, die Teil eines konvektiven Systems sind, das sich um einen abkühlenden Intrusionskörper ausbildet, überprägen die magmatischen Mineralphasen und haben einen wesentlichen Einfluss auf die post-magmatische Metallverteilung. Ein umfassendes Verständnis für die magmatische und fluidgesteuerte Anreicherung und Bildung von Mineralphasen seltener Metalle erfordert die unmittelbare in-situ-Bestimmung erzbildender seltener Metalle in Schmelz- und Fluideinschlüssen, die die gesamte lithologische Abfolge ultrabasisch-alkalischer sowie karbonatitischer magmatischer Bildungen entlang des Spektrums von Intrusionstiefen repräsentieren, sowie die Betrachung der möglichen Rolle externer Fluide während postmagmatischer Remobilisierungsprozesse. Für dieses Projekt wurden Gesteinsproben von Intrusionskörpern aus verschiedenen Tiefen zusammengestellt, die petrologisch gut voruntersucht sind und die die große lithologische Bandbreite von alkalisilikatischen und karbonatitischen magmatischen Systemen repräsentieren (Lesnaya Varaka, Afrikanda, Ozernaya Varaka, Lueshe, Alnö, Sokli and Kalkfeld). Fluid- und Schmelzzusammensetzungen werden mit Hilfe von Mikrothermometrie, Ramanspektroskopie, Elektronenstrahlmikrosondenanalytik und LA-ICP-MS Einschlussanalytik bestimmt werden. Die gewonnenen Daten zu Metallgehalten in Fluiden und Schmelzen werden durch moderne LA-ICP-MS Halogenanalytik (Cl-Br-I) an Flüssigkeitseinschlüssen sowie SIMS Halogenanalytik ((F-Cl-Br-I und d37Cl) an Apatit ergänzt, um die Herkunft der beteiligten Fluide näher eingrenzen zu können. Das Forschungsvorhaben führt damit zu einem umfassenden Verständnis des Transports und der Anreicherung erzbildender Metalle in komplexen, an alkalimagmatische und karbonatitische Intrusionen gebundene Fluidsystemen, die sich von magmatischen bis hin zu hydrothermalen Temperaturen entwickeln. Die Forschungsergebnisse stellen aber auch die Grundlage für die Entwicklung effektiverer und präziserer Verfahren in der Tiefenexploration, Lagerstättenevaluation und der resourcenschonenden Gewinnung seltener metallischer Rohstoffe von großer gesellschaftlicher Bedeutung.
Trotz intesiver Untersuchungen an Karbonatiten und assozierten Gesteinen (ultrabasisch, basisch, alkalin) durch verschiedene geologische Untersuchungsmethoden und Disziplinen ist ihre Genese und Evolution immer noch nicht verstanden. Mehr noch, es gibt keinen Konsens, was die kritischen Voraussetzungen und Prozesse sind, die zur Mobilisierung, zur Metall-Anreicherung und Erz-Bildung führen. Hiermit schlagen wir eine Studie vor, die petrologische, geochemische, geochronologische und auch experimentelle Untersuchungen kombiniert, um die frühesten Metallanreicherungs-Prozesse in magmatischen Karbonatiten und assozierten Gesteinen zu verstehen. Der Hauptfokus liegt darin, die Zusammensetzung der primären magmatischen Schmelzen zu untersuchen und ihre Veränderung mit der Zeit zu verstehen. Dies wollen wir erreichen, indem wir mehrere ultrabasisch-basisch-alkaline-karbonatititsche Komplexe (UBAK) der Kola-Halbinsel untersuchen, die eine klassische und gut untersuchte Region dieser Gesteinen darstellt. Insbesondere wollen wir Antwort auf folgende Fragestellungen finden:1) Die Entwicklung mit der Zeit, a) innerhalb der Kola-Halbinsel (gibt es eine zeitabhängige Intrusionsrichtung, durch einen plume ausgelöst?), b) innerhalb ausgewählter Karbonatit-Massive (gibt es einen Altersunterschied zwischen den frühesten und späten Schmelzen?). Wir werden dafür hoch-präzise Datierung an frühen Gesteinen (z.B. durch Datierung von Perovskiten aus Pyroxeniten) und an späten Schmelzen (z.B. Datierung von Baddeleit und Zirkon aus Phoskoriten und Karbonatiten) durchführen.2) Wie war die Zusammensetzung der frühen Schmelzen, die heute nur noch in Einschlüssen von Kumulat-Mineralen vorhanden sind? Untersuchungen an Einschlüssen von sehr früh gebildeten Mineralen (Perowskit, Olivin, Pyroxen) werden uns die chemische Zusammensetzung dieser Schmelzen und deren Bedingungen (P, T, X, fO2) liefern.3) Geochemische Entwicklung der Gesteine und Minerale: welche Minerale (bzw. deren verschiedene Generationen) konzentrieren SEE, Nb und andere potentielle Erz-Elemente? Welche Rolle spielen Kumulate für Fraktionierungs- und Anreicherungs-Prozesse? Wir werden Kathodolumineszenz an Dünnschliffen anwenden, um verschiedene Mineralgenerationen zu erkennen, aber auch Mineralchemie (LA-ICP-MS), Isotopen (Sr, Nd, Pb) für ausgewählte Minerale (z.B. Karbonate, Apatite, Perowskite).Die frühesten Gesteine (Olivinite, Pyroxenite) enthalten häufig Perowskit und werden als Kumulate interpretiert. Das Studium der Schmelzeinschlüsse der Perowskite wird uns die Zusammensetung der Schmelzen liefern, aus denen sie gebildet wurden. Diese Information hilft uns, die an Perowskiten bestimmten Alter diesen Schmelzen zuzuordnen. Andererseits werden geochemische Untersuchungen an früh gebildeten (Olivinite, Pyroxenite) und spät gebildeten Gesteinen (Phoskorite, Karbonatite) die Rolle von Fraktionierungen, Mischungen und Entmischungen für Erzanreicherungs-Prozesse in Schmelzen im Laufe der Zeit aufzeigen.
Unser Projekt zielt auf die Untersuchung der detaillierten Transportmechanismen von Erzmetallen inklusiver ihrer Aufstiegswege und Träger in akalinen porphyrisch-epithermalen Systemen. Die Studie fokussiert sich auf die Ladolam-Lagerstätte auf Lihir (Papua-Neuginea), die eine der größten und repräsentativsten Lagerstätten dieses Typs darstellt. Südlich von Lihir befindet sich ein junges, submarines Vulkanfeld, das als mögliches Analog zu einer Frühphase des Vulkansystems von Ladolam angesehen wird. Nur hier finden sich weniger entwickelte Gesteine und die Eruptionsbedingungen in >1 km Wassertiefe erlauben es den Metalltransport in magmatischen Sytemen zu studieren, die möglichst wenig durch magmatische Differentiation und Entgasung in flachen Krustenstockwerken beeinflusst sind. Epithermale Mineralisationen ähnlich zu Ladolam treten am Conical Seamount auf und Mantel- und Krustenxenolithe, die magmatische Prozesse von der Mantelquelle bis zur Eruption aufzeichnen, sind in den Laven des nahen Tubaf Seamounts häufig. Unser Forschungsprojekt fokussiert sich auf die detaillierte Rekonstruktion der thermobarometrischen Entwicklung während des Aufstiegs der Schmelzen und wie diese sich auf den Oxidationszustand sowie die Fähigkeit Metalle zu transportieren auswirkt. Hierfür planen wir mit einer grundlegenden petrologischen und geochemischen Charakterisierung der Gesteinsproben zu beginnen und diese mit hochauflösender Analyse von Volatilen und Spurenmetallen sowie Mikrothermobarometrie anhand von Fluid- und Glas-(vormals Schmelz-)einschlüssen zu kombinieren. Mit Hilfe dieser Daten wollen wir zu einem verbesserten Verständnis der Steuermechanismen für subvulkanische Intrusionen oder vulkanische Eruptionen in diesem speziellen Setting beitragen. Die Integration unserer Erkenntnisse zu den magmatischen Prozessen im Untergrund mit der Entwicklung der Silizium-untersättigten, hoch alkalinen Magmen, die nachweislich sehr fertil für die Entstehung ökonomisch relevanter porphyrischer Lagerstätten sind, ist daher von bedeutender Relevanz. Darüber hinaus werden unsere Abschätzungen zum lithostatischen Druck der Schmelzstagnation, der Aufstiegsraten, Eruptionsauslösern und möglicherweise zur Tiefe der Entmischung von Fluid und Schmelze als Datengrundlage direkt in das von PD Dr. Philipp Weis geführte Projekt zur Modellierung der physikalischen Bedingungen der Porphyrbildung in Ladolam eingehen. Weitere Anknüpfungspunkte innerhalb des SPP 2238 DOME ergeben sich zum Projekt von Dr. Andreas Audétat, das sich auf petrologische Experimente in Verbindung zu alkalinen Porphyren in kontinentalen Settings fokussiert.
Alkalimagmatische Systeme sind bekannt für ihr außergewöhnlich hohes Potential zur Fraktionierung und Anreicherung inkompatibler Elemente sowie Bildung von Lagerstätten seltener Metalle. Dabei besteht im Hinblick auf Art und Dynamik der Metallanreicherung Forschungsbedarf zur Rolle magmatischer Faktoren einschließlich der in unterkühlten und volatilienreichen Systemen stattfindenden Prozesse im Vergleich zur Rolle von Schmelz-Fluid-Wechselwirkungen. Bei letzteren haben Ligandenkonzentration und Entwicklung der Fluidzusammensetzung einen wesentlichen Einfluss auf den Magma-Fluid-Metalltransfer und fluidkontrollierten Metalltransport. Im finnischen Iivaara-Komplex, in dem der Dachbereich einer alkalimagmatischen Intrusion sowie die umgebende Fenitaureole aufgeschlossen sind und der in verschiedenen Bereichen eine Ti-dominierte Anreicherung der „high-field-strength-Elemente“ zeigt, ergeben sich optimale Bedingungen zur Untersuchung des Einflusses dieser Prozesse im hochthermalen Übergangsbereich von magmatischen zu hydrothermalen Systemen. Dabei wird die Untersuchung im Wesentlichen auf der unmittelbaren mikrothermometrischen und umfassenden chemischen in-situ-Analyse von Schmelz- und Flüssigkeitseinschlüssen aufbauen, die ein vollständiges Bild aller magmatischer und post-magmatischer Schmelzen und Fluide ergibt. Mit Hilfe nachweisstarker und hoch ortsauflösender Verfahren (Laserablations-ICP-Massenspektrometrie, Raman-Spektroskopie) werden „high-field-strength-Spurenelemente“ sowie ligandenbildende Volatilien (C, O, P, S, Cl, Br, I) erfasst. Chlorisotopensignaturen erlauben eine Differenzierung magmatischer, krustaler oder meteorischer Fluidquellen und werden durch Sekundärionen-Massenspektrometrie an Apatit bestimmt, der in allen Bereichen des Komplexes auftritt und als Produkt magmatischer Prozesse sowie von Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen erkannt werden kann. Der hier generierte Datensatz wird genutzt, um die Anreicherung von „high-field-strength-Elementen“ im Dachbereich des als natürliches Labor dienenden Iivaara-Komplexes und damit auch die Rolle von magmatischen und Schmelz-Fluid-, bzw. Fluid-Gesteins-Wechselwirkungsprozessen zu unterscheiden und zu bewerten. Dieses Projekt adressiert damit Schlüsselforschungsfragen in Themenbereich A des SPP DOME und liefert gleichzeitig hilfreiche Rahmendaten für experimentell wie numerisch modellierend ausgerichtete Forschungsvorhaben des SPP.
<p>Altbatterien können giftige Schwermetalle wie Quecksilber, Cadmium und Blei sowie stark brennbare Inhaltsstoffe enthalten. Um Mensch und Umwelt zu schützen und Wertstoffe in hohem Maße wiederzugewinnen, müssen sie getrennt vom unsortierten Siedlungsabfall gesammelt und recycelt werden</p><p>Im Jahr 2023 hat Deutschland alle von der EU geforderten Mindestziele erreicht</p><p>Die Masse von 213.595 Tonnen (t) Altbatterien, die den speziellen Recyclingverfahren für Altbatterien zugeführt wurden, stieg im Vergleich zum Vorjahr um 0,4 Prozent (%). Somit konnten 166.709 t Sekundärrohstoffe wiedergewonnen werden.</p><p>In den einzelnen Verfahren waren das unter anderem Blei, Schwefelsäure, Eisen/Stahl, Ferromangan, Nickel, Zink, Kupfer, Aluminium, Cadmium sowie Kobalt und Lithium. Diese Rohstoffe können im Rahmen einer Kreislaufführung erneut zur Batterie- und Akkuherstellung eingesetzt werden.</p><p>Untergliedert man die der stofflichen Verwertung zugeführte Gesamtmenge an Altbatterien in die im europäischen Berichtswesen gängigen drei Kategorien </p><p>wird der beständig hohe Anteil der Blei-Säure-Altbatterien am Gesamtmarkt der Altbatterien deutlich. Gegenüber dem Vorjahr erhöhte sich die recycelte Masse der Blei-Säure-Altbatterien sogar um 7.473 t.</p><p>In die Kategorie „sonstige Altbatterien“ ordnen sich mengenmäßig insbesondere Lithium-Ionen (Li-Ion), Alkali-Mangan (AlMn)- und Zink-Kohle (ZnC)-Altbatterien ein. Nach 37.100 t im Jahr 2021 und 33.594 t im Jahr 2022 waren es 2023 noch 27.172 t sonstige Altbatterien, die einem Recyclingverfahren zugeführt wurden. Ein ansteigender Rücklauf ausgedienter Li-Ion-Akkus, bspw. aus dem Fahrzeug- oder stationären Energiespeicherbereich konnte noch nicht verzeichnet werden.</p><p>Für das Jahr 2023 wurden – entsprechend der Methodik der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1539943366156&uri=CELEX:32012R0493">Recyclingeffizienzverordnung (EU) 493/2012</a>– folgende durchschnittliche Recyclingeffizienzen für Verfahren der Recyclingbetriebe erzielt:</p><p>Das Ziel der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1539943366156&uri=CELEX:32012R0493">Recyclingeffizienzverordnung (EU) 493/2012</a>, die im Jahr 2012 in Kraft trat, ist die Vergleichbarkeit der Recyclingeffizienzen der EU-Mitgliedstaaten durch eine einheitliche Berechnungsgrundlage. Die Begriffe Output- und Inputfraktion sind im Artikel 2 Abs. 1 Nr. 4 und Nr. 5 in Verbindung mit Anhang I dieser Verordnung definiert.<br>Die Recyclingeffizienz eines Recyclingverfahrens erhält man, indem die Masse der zurückgewonnenen Sekundärrohstoffe (Outputfraktionen) zur Masse der Altbatterien, die dem Verfahren zugeführt wurde (Inputfraktionen), ins Verhältnis gesetzt wird.</p><p>Zur Bewertung der Ergebnisse der deutschen Recyclingbetriebe kann die folgende Abbildung, die die ermittelten durchschnittlichen Recyclingeffizienzen den EU-Mindestzielen gegenübergestellt, beitragen (siehe Abb. „Effizienzen der Recyclingverfahren für Altbatterien 2022 und 2023“).</p><p>Bei der Darstellung von durchschnittlichen Recyclingeffizienzen, die der Prüfung der EU-Mindestziele dienen, kann es vorkommen, dass einzelne ineffiziente Recyclingverfahren die Zielanforderungen nicht erreichen und aufgrund der Systematik unerkannt bleiben. Unsere Einzelfallbetrachtung zeigt jedoch, dass alle Recyclingverfahren die Mindestziele erfüllen oder sogar weit übertreffen. Einzig die Recyclingverfahren für Nickel-Cadmium-Batterien liefern ein differenziertes Bild: So zählen die Verfahren mit 75,2 % zwar zu den effizientesten Recyclingverfahren – im Vergleich zu den gesetzlichen Mindestvorgaben in Höhe von 75 % wurden die Mindestziele jedoch nur knapp erreicht.</p><p>Ferner übermitteln die Rücknahmesysteme für Geräte-Altbatterien ausführliche Daten zu den Verwertungsergebnissen der Geräte-Altbatterien im Rahmen der jährlichen Erfolgskontrollberichte – eine aktuelle <a href="https://www.ear-system.de/ear-verzeichnis/battgruecknahmesysteme">Liste der genehmigten Rücknahmesysteme für Gerät-Altbatterien</a> stellt die stiftung elektro-altgeräte (stiftung ear) zur Verfügung.</p><p>Die Masse der Geräte-Altbatterien, die einem Recyclingverfahren zur stofflichen Verwertung zugeführt wurde, betrug den Angaben der Rücknahmesysteme zufolge im Jahr 2023 30.483 t (2022: 35.123 t). Die Verwertungsquote für Geräte-Altbatterien, die ausdrückt, wieviel von den gesammelten Altbatterien einer stofflichen Verwertung zugeführt wurden, betrug exakt 100,0 % nach 108,4 % im Jahr 2022. Die erreichte Quote spiegelt wider, dass im Jahr 2023 alle gesammelten Altbatterien einer stofflichen Verwertung zugeführt wurden. Nennenswerte Altbatteriemengen, die nicht identifiziert und recycelt werden konnten, gab es im Berichtsjahr 2023 nicht.<em> </em></p><p><em>Wie erklären sich Verwertungsquoten von unter oder über 100 % in einzelnen Jahren?</em></p><p>Da sich die Verwertungsquote auf die Sammlung und die Verwertung von Altbatterien eines Kalenderjahres bezieht, resultieren Verwertungsquoten unter oder über 100 % größtenteils aus dem Auf- oder Abbau von Lagerbeständen, bspw. bei Sortier- und Recyclinganlagen.</p><p>Im Ergebnis belegen die aktuellen Daten, dass sowohl Sammlung als auch Sortierung – zur Sicherstellung des Altbatterierecyclings – etabliert sind und Recyclingbetriebe, die zugeführten Altbatterien über die Mindestziele hinaus recyceln.</p><p>Die Sammelquote für Geräte-Altbatterien sank im Jahr 2023 auf 50,4 Prozent</p><p>Im Jahr 2023 wurden in Deutschland 55.197 t Gerätebatterien in Verkehr gebracht. Gegenüber dem Vorjahr war das ein Rückgang um 7.937 t. Die Masse der zurückgenommenen Geräte-Altbatterien verringerte sich gegenüber dem Vorjahr um 1.938 t auf 30.483 t. Dies entspricht einem Rückgang von ca. 5,9 %. Im Ergebnis betrug die Sammelquote 50,4 % (2022: 50,7 %). Das Mindestsammelziel gemäß der derzeit noch gültigen <a href="https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2006/66">EU-Batterie-Richtlinie</a> (2006/66/EG) in Höhe von 45 % wurde damit erfüllt. Ebenfalls erfüllt wurde die auf Grundlage des Batteriegesetzes geltende Sammelquote von 50 % für Geräte-Altbatterien. (siehe Abb. „Gerätebatterien: Sammelquote stieg im Berichtsjahr 2023“).</p><p>Die von den Rücknahmesystemen für Geräte-Altbatterien veröffentlichten Berichte und ermittelten individuellen Sammelquoten des Berichtsjahres 2023 sind unter folgenden Links im Internet abrufbar:</p><p>Die Rücknahmesysteme müssen jeweils im eigenen System jährlich das gesetzlich vorgegebene Mindestsammelziel erreichen und dauerhaft sicherstellen. Da nicht alle Rücknahmesysteme ihre Sammelquoten im Einklang mit den vom Umweltbundesamt zur einheitlichen Berechnung der Sammelquoten und Überprüfung der Mindestsammelziele bekanntgegebenen Hinweisen ermittelt haben, ist eine unmittelbare Vergleichbarkeit der jeweils veröffentlichten Sammelergebnisse nicht gegeben. Rücknahmesysteme, die bei der Ermittlung der Sammelquote nicht den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>-Hinweisen gefolgt sind, weisen dies in ihren Berichten aus.</p><p>Hintergrund: Für eine dauerhafte Sicherstellung der Sammelquote ist unter Umständen ein rechnerischer Faktor (sogenannter dS-Faktor) bei der Ermittlung der Sammelquote zu berücksichtigen. Ohne Anwendung dieses mathematischen Ausgleichsfaktors kann durch eine unterjährige Wechselkonstellation die Situation entstehen, dass Hersteller beim Wechsel in ein neues Rücknahmesystem bei mehrjähriger Betrachtung eine geringere Masse Geräte-Altbatterien zur Erreichung des Sammelziels zurücknehmen müssten als Hersteller, die im alten Rücknahmesystem verblieben sind und die gleiche Masse an Batterien im gleichen Zeitraum in Verkehr gebracht haben. Insofern sorgt der Ausgleichsfaktor für verbesserte Wettbewerbsbedingungen unter den Rücknahmesystemen.</p><p>Gerätebatteriemarkt: Menge der in Verkehr gebrachten nicht wiederaufladbaren Batterien und Akkus sinkt im Jahr 2023 deutlich</p><p>Die Gerätebatterien unterteilen sich in die Primär- und die Sekundärbatterien. Als Primärbatterien (nicht wiederaufladbar) bezeichnet man die herkömmlichen Einwegbatterien. Sekundärbatterien (wiederaufladbar) werden in der Regel Akkus genannt und können nach Gebrauch mit einem Ladegerät mit neuer Energie versorgt werden.</p><p><strong>Primärbatterien</strong>:</p><p><strong>Sekundärbatterien</strong>:</p><p>Im Jahr 2023 wurden 36,0 % der Gerätebatterien als Akkus in Verkehr gebracht. Einhergehend mit der Gesamtmarktentwicklung verringerte sich allerdings auch im Bereich der Sekundärbatterien die Inverkehrbringungsmenge. Im Jahr 2023 verzeichnete die Menge einen Rückgang um 1.981 t auf insgesamt 19.359 t.</p><p>Bei einer Betrachtung über einen längeren Zeitraum von 2010-2023 zeigt sich: Die Masse der Akkus erhöhte sich in diesem Zeitraum um über 70 %. (siehe Abb. „Gerätebatterien: Entwicklung der in Verkehr gebrachten Primär- und Sekundärbatterien und der größten Batteriesysteme"). Unter ökologischen Aspekten ist eine weitere Steigerung des Akku-Anteils wünschenswert. Akkus können mehrfach wiederaufgeladen werden und verbessern so ihre Umwelt- und Energiebilanz. Ersetzt man beispielsweise Primärbatterien der Baugröße AA durch NiMH-Akkus gleicher Baugröße, lässt sich etwa ein halbes Kilogramm klimarelevantes Kohlendioxid pro Servicestunde der Batterie sparen <a href="https://www.yumpu.com/de/document/view/18213860/klimabilanz-batterien-climatop">(climatop 2009)</a>. Die Klimabelastung pro Servicestunde lässt sich weiter senken, wenn der Akku jeweils langsam aufgeladen und das Ladegerät nach Gebrauch vom Stromnetz getrennt wird.</p>