Material World - A Substantial Story of Our Past and Future

Achtung: Die Notizen sind mit eigenen Kommentaren durchsetzt und teils verstreut.

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Sand

Salz

Vor der Erfindung des Kühlschranks war Salz die erstbeste Methode, Lebensmittel lange zu halten.

Viele der Wege, die wir heute noch kennen, sind alte Salzwege.

Salz und Macht

Conway behauptet: "If you want to understand capitalism and power, the best place to begin is salt."

Salz war also Macht. In Kriegen wurde es instrumentalisiert, Lieferketten wurden abgeschnitten. Die Römer gaben ihren Soldaten feste Salzrationen mit, woher das Wort salary kommt. Dazu wurde Salz zur Besteuerung genutzt. In China ging das soweit, dass im dritten Jahrhundert AD Salz regelmäßig für 90% (!) der Staatseinnahmen verantwortlich war. Sehr gehasst war die französische Salzsteuer, die Gabelle. Man konnte sie nicht umgehen: Es gab eine Mindestmenge von 7kg Salz, die man jährlich kaufen musste. 1790 schafften die Revolutionäre sie ab, nur damit 1806 Napoleon sie leise wieder einführen ließ. In Indien übernahm die Kolonialmacht Großbritannien die Kontrolle über die Salzgewinnung. Salz wurde zu einem Symbol der Repression, eine Ungerechtigkeit, die Gandhi mit seinem langen Marsch klug hervorhob.

Herstellung

Es gibt drei grundlegende Wege, Salz zu gewinnen: "You can evaporate it from the sea, a painstaking process the Neolithic people in Boulby were carrying out at scale thousands of years ago. You can dig rock salt out from the ground, as happens in perhaps the oldest operational mine in the world: the Khewra salt mine in Pakistan, which is said to date back to the era of Alexander the Great. [...]. The third and final way to produce salt is to extract it from the ground in the form of brine - a saline solution that is more than 30 per cent salt, as opposed to the 3 per cent of seawater." Diese letzte Methode heißt Solution Mining.

Cheshire Salz

In Cheshire gab es einen Salzboom, als man anfing die Salzgewinnung industriell zu betreiben. Es wurde bekannt als "Liverpool Salz", und war für eine Zeit lang ein wichtiges Statussymbol des Empires. Als 1844 Tsar Nicholas I von Russland zum Staatsbesuch in England kam, hielt man für ihn ein Dinner, 150m unter der Erde, mit 4000 Kerzen, in einem der Salzbergwerke.

Salz heute

Aber warum ist Salz so wichtig? Heutzutage bildet es die Grundlage für die Chemie und Pharmaindustrie.

Zum Chlor-Alkali-Prozess: Nahezu niemand kennt ihn. Und doch ist er extrem relevant für unsere Welt. Ein einzelner Raum des Verfahrens mit Elektrolysezellen verbraucht mehr Strom als die Stadt Liverpool.

"This single room of electrolysis cells consumes more electricity than the city of Liverpool."

"The availability of cheap soaps and sanitary items arguably helped increase life expectancy more than any other innovation over the past couple of centuries. And at the very heart of this revolution was salt."

Eine Anlage in Runcorn liefert in etwa 98% von Großbritanniens Chlor: "[...] one worker whispered: 'If this place goes down unexpectedly then within seven days this country is rationing drinking water.'"

Salpeter

Anfangs fand man Salpeter in Europa an Orten, wo es schimmelte, auch an Urinstellen. Es gab unter Charles I auch "Salpetergräber", die umhergingen, und vom König befugt waren überall zu graben, wo sie schlecht riechende Böden fanden. Dort konnte man Salpeter gewinnen.

Dann fand man die Chincha-Inseln vor der Küste Perus. Sie hatten eine 30m dicke Schicht an Salpeter. Es gab ein verrücktes Rennen, doch so schnell wie es entstand, verlosch es auch wieder, denn schnell war alles abgebaut. Doch es gab noch mehr Salpeter. Nämlich in der Atacama-Wüste.

Im Salpeterkrieg, auch bekannt als "The War of the Pacific", ging es um die Kontrolle über die Salpetergewinnung in Südamerika. Chile besiegte Peru und Bolivien, und annektierte relevante Produktionsstätten. In Zukunft würde es viel von genau diesen Stätten verkaufen können und war auf dem Weg, das reichste Land in Südamerika zu werden.

Für Salpeter gab es zwei Hauptanwendungen: Als Dünger in der Landwirtschaft, und als Zusatz zur Herstellung von Munition.

1909 entwickelte Haber ein Verfahren, um Salpeter aus der Luft zu gewinnen. Zusammen mit Carl Bosch entwickelte er das Haber-Bosch-Verfahren. Im Ersten Weltkrieg wird es massiv genutzt, denn jetzt ist Deutschland abgeschnitten von den chilenischen Salpeter-Quellen. Ohne das Verfahren hätte der Krieg wohl deutlich kürzer gedauert.

NPK - die drei wichtigsten Düngemittel: Nitrogen, Phosphor, Kalium. Marokko hat fast Dreiviertel der globalen Phosphor-Reserven.

Eisen

Stahl ist eine Form von Eisen. Es besteht aus Eisen und Kohlenstoff, und ist für die Herstellung und Produktion besser als herkömmliches Eisen. Die verschiedenen Arten von Eisen unterscheiden sich in der Menge an Kohlenstoff:

Die Verarbeitung von Eisen hat eine lange Geschichte. Schon um 1400 vor Christus haben die im heutigen Syrien lebenden Hethiter das Schmieden von Eisen beherrscht. Von dort wanderte es über nach Asien und Europa und leitete das Eisenzeitalter ein. Lange Zeit war die Geschichte des Eisens eine des Experimentierens.

Heute ist die Produktion von Eisen und Stahl nicht wegzudenken von Kohle.

Um 1500 herum gab es in England Eisenherstellung. Man verwendete Holzkohle, die viel Kohlenstoff enthält. Dafür holzte man große Mengen an Bäumen. Jeder benutzte Holzkohle: Die Brauerei, der Schmied, die Eisenhersteller. Doch dann hatte man Angst, dass es kein Holz mehr geben würde. Anfang des 17. Jahrhunderts fanden sich daher alle am Experimentieren mit Steinkohle. Sie war dreckiger, schmutziger und hinterließ Ruß. Doch mit der Zeit lernte man viel dazu - man konnte die Steinkohle, ähnlich wie man es bei der Holzkohle gemacht hatte, vorwärmen, und so Dreck und Unreinigkeiten entfernen.

Auf Veranlassung von Stalin wurde in Magnitogorsk ein riesiges Eisen- und Stahlwerk gebaut, mit acht großen Hochöfen. Es war mehr als 1000 km vom nächsten schiffbaren Seeweg entfernt. Doch Stalin sah das als Vorteil: Keine Invasionsarmee würde jemals bis hierher eindringen. Jedoch wusste man nicht, wie man das Werk bauen sollte. Man holte amerikanische Architekten, und nahm sich das Werk in Gary, Indiana, als Vorbild.

Später wurde ein zweites Werk gebaut, für welches man auf das Gebiet der heutigen Ukraine schaute: Azovstal wurde in Mariupol gebaut, mit Zugang zum Schwarzen Meer. Heute ist Azovstal legendär wegen seiner Geschichte. Hitler hatte die Ukraine ins Auge gefasst. Deutsche Truppen marschierten in Mariupol ein. Man wollte das Werk wieder in Betrieb nehmen. Doch die Ukrainer übten Sabotageaktionen aus. Schließlich zogen die deutschen Truppen 1943 ab. Dann kam das Unglaubliche: Innerhalb kürzester Zeit gelang es den Ukrainern, das Werk wieder in Betrieb zu bringen, und schon nach weniger als zwei Jahren produzierte es so viel wie vor dem Krieg.

Technologie erlangt man durch das Kopieren aus dem Ausland, von denen, die sie schon haben. In den letzten 30 Jahren hat wohl niemand das so gut gemacht wie China. 2000 kaufte eine chinesische Firma ein Werk von Thyssen-Krupp in Deutschland für 30m Euro, montierte es Stein für Stein ab, und baute es in China Stein für Stein genauso wieder auf.

Lieferketten sind komplex! Als Azovstal aufgrund der Russischen Invasion stillgelegt wurde, kam es nicht zu einem globalen Engpass von Eisen und Stahl, sondern von Neon. Als Nebenprodukt wurden 40/50% der globalen Produktion von Neon in Azovstal hergestellt.

Kupfer

Während wir am meisten Eisen aus der Erde holen in Tonnen, holen wir für Kupfer die meiste Erde raus. Denn während Eisenerz etwa 20% Eisenanteil hat, sind es bei Kupfererz nur zwei bis drei Prozent. Das führt dazu, dass Kupferabbau gigantisch ist.

Ohne Kupfer wäre die moderne Welt nicht zu denken: "If steel provides the sceleton of our world and concrete its flesh then copper is civilization's nervous system, the circuitry and cables we never see but couldn't function without."

„In every conventional power station, wind turbine, geothermal plant or hydroelectric dam, copper is key. Even solar panels, the one mainstream form of power generation where the electricity doesn't come from rotating copper around a magnet, still have large quantities of copper in their insides.“

Was wichtig für Kupfer ist, wie auch für andere Materialien, ist, dass es davon viel gibt - mehr als Alternativen wie zum Beispiel Silber. Heutzutage sind der Abbau und die Weiterverarbeitung oft (in 80% aller Fälle) örtlich voneinander getrennt. China allein verarbeitet in etwa die Hälfte der weltweiten Kupferproduktion.

Conway besucht die riesige Kupfermine in Chuquicamata, Chile. Wie tief kann man hier noch graben? Und wie lohnt sich das? Es wird immer schwieriger und aufwändiger, hier Kupfer zu gewinnen.

Die Idee, dass wir bald an Rohstoffen ausgehen werden, ist nicht neu. In der jüngeren Vergangenheit ist 1968 ein zentrales Jahr: Es verbindet die Veröffentlichung des Buches "The Population Bomb" von Paul Ehrlich und die Gründung des Club of Rome. Manche Stimmen aus dieser Zeit wirken alarmierend.

Aus dem Buch: „There were 'perhaps ten years left' to save the planet, said U Thrant, the secretary-general of the United Nations, in 1969 [...]. In 1970 Nobel-Prize-winning biologist George Wald said that 'civilization will ende within 15 or 30 years unless immediate action is taken against problems facing mankind.'“

Deep Sea Mining

Tiefseebergbau ist reizend, aber gleichzeitig auch kontrovers. Die kleine Agentur (International Seabed Authority, short ISA), die hier international verantwortlich ist, sitzt in Jamaica. Während Regulierungen in der Warteschlange stehen, schreiten willige Akteure schon seit längerem voran. China führt und hat vier Verträge mit der ISA, viele andere Länder auch ein bis drei Verträge. Nur die USA sind besonders: Sie haben die relevanten Verträge 1980 nie unterschrieben, und sind somit nicht gebunden. Im April 2025 hat Präsident Donald Trump folgende Executive Order verabschiedet, um den Tiefseebergbau voranzubringen. The Metal Company ist eine der führenden Firmen, die hier zu profitieren hofft. Das Thema ist also hochaktuell. Die langfristige Relevanz steht außer Frage: Der Bedarf an Kupfer soll sich verglichen mit 2020 bis 2050 verdoppeln!!

Aus dem Buch: "Between 2020 and 2050 the share of our primary energy coming from electricity is forecast to rise from 20 per cent to 50 per cent. All of a sudden copper becomes the backbone of, well, everything." Und genau dafür brauchen wir Kupfer. Das zeigt wieder unsere unangenehme Lage: Um langfristig auf nachhaltige Energien zu wechseln, müssen wir immer noch immense Mengen an Rohstoffen abbauen. Man kann also nicht beides haben: Nachhaltigen Wohlstand und Nicht-Bergbau. Natürlich steht offen, wie der Bergbau passieren soll. Deep Sea Mining ist hier nur eine Möglichkeit. Nach erster Suche existiert zumindest in Deutschland kein Startup, das sich mit Deep Sea Mining befasst. Ist das Feld unterschätzt? Dieser Bericht verspricht ein CAGR von ganzen 65.10% (!!) für Deep Sea Mining Equipment in den kommenden Jahren. Mehr Recherche wäre sicherlich angebracht.

Öl

"If steel is the skeleton of the modern world and copper its veins, then oil is the food that sustains us."

Wir steigen die thermodynamische Leiter: Kohle hat eine doppelt so hohe Energiedichte wie Holz. Kerosin hat wiederum fast eine doppelte Energiedichte wie Kohle.

Was ist Fracking? Vereinfacht gesagt: Öl entstand durch Kompression und wanderte dann durch die Erdkruste an Orte, wo es gut geschützt war, umgeben von harten Schichten. Klassisch zapft man das Öl dort ab. Das Ghawar-Ölfeld ist ein solcher Fall. Beim Fracking geht man nicht an diese Lagerstätten, sondern setzt direkt dort an, wo es entsteht. Wie alle anderen natürlichen Ressourcen, kommt auch Öl in verschiedenen Formen und Konsistenzen vor. Manches ist dicker, manches dünner. Das Öl in Ghawar, dem 30 mal 250km großen Ölfeld in Saudi-Arabien, ist sehr dünn, und daher leichter von Raffinerien zu verarbeiten.

Öl überall

Man erzählt sich folgende Geschichte über John D. Rockefeller: Er sah, wie Öl in Abfallöfen verbrannt wurde, fragte, was man damit anfangen könne, und sagte dann: "Findet heraus, wie man das verkaufen kann." Seitdem hat man viele Wege gefunden, jedes Restprodukt von Öl und Gas zu verwenden.

Welches man davon kennt? Plastik. Plastik wurde dreimal entdeckt: 1898 synthetisierte Hans von Pechmann zufällig Polyethylen bei Untersuchungen zu Diazomethan in Deutschland, 1930 experimentierten Forscher der Universität Illinois mit organischen Arsenverbindungen, entdeckten dabei ein weißes, wachsiges Nebenprodukt, dachten sich aber nichts weiter. Schließlich entdeckten Eric Fawcett und Reginald Gibson eine industrielle Methode zur Herstellung von Polyethylen in Northwich, England, 1933. Als der zweite Weltkrieg ausbrach, stieg die Nachfrage sofort. Man benutzte es um Tiefseekabel zu isolieren, und um Radargehäuse so leicht zu machen, dass man sie in die Flugzeuge einsetzen konnte.

Was haben Öl und Gas mit Tomaten zu tun? Erst wird aus Gas Dünger. Dann wird aus Dünger Tomaten. Ohne Dünger könnten wir niemals die heutige Weltbevölkerung ernähren. Auch hier ist Gas wichtig.

Lithium

Warum ist Lithium so wichtig? Kurz: Batterien.

Interessant: Lithium hat auch viele Anwendungen in der Pharmaindustrie, unter anderem gegen bipolare Störungen, und wurde als solches in Songs von Nirvana oder Evanescence erwähnt.

"If we are to eliminate carbon emissions and phase out fossil fuels in the coming decades we will have to electrify much of the world (less oil but more copper). We will need to build many more wind turbines (steel, silica and copper) and solar panels (copper and metallurgical silicon), not to mention hydroelectric dams (concrete). But none of this will do the trick unless we have a way of storing that energy. We will need to store it for short periods to deal with the inherent intermittency of renewable sources of energy, such as the sun and the wind. And we will need to store it so that road vehicles can get from A to B without burning fossil fuels."

Wie auch bei den anderen Materialien, hat der Abbau von Lithium Konsequenzen für die Umwelt. Wie soll man dieses Gleichgewicht zwischen Bedarf und Umwelt schaffen? Bei Lithium ist es nochmal besonders, denn es ist unser Weg, endlich den fossilen Brennstoffen zu entkommen.

Ein Vorteil, die Verarbeitung von Lithium China zu überlassen, ist, dass man keine Verantwortung für die Emissionen des Prozesses hat.

Teslas Gigafactory in Nevada, USA: Sie ist auch eine Panasonic-Gigafactory, denn die eigentlichen Batterien werden von Panasonic gefertigt. Die Factory ist von innen durch eine riesige Wand getrennt; Panasonic auf der einen, Tesla auf der anderen Seite. Beide sind sowohl Partner, als auch Konkurrenten (Tesla möchte gerne selbst Batterien produzieren).

What should a car company do, and what shouldn't it do?

Das Wertvollste im Verbrenner war der Motor. Deshalb haben große Autohersteller diesen meist selbst gebaut, während sie vieles andere ausfertigen lassen. Das Wertvollste im Elektroauto ist die Batterie. Daher ist es essentiell, diese möglichst selbst herzustellen. Das erfordert auch ein Mindset-Shift bei den Autoherstellern. Genauso integral wie die Motorenherstellung für die Verbrenner war, wird die Batterieherstellung für die Elektroautos sein:

"And what does this spell for our economies and our industrial fabric? Think about it: in a petrol car, the single most valuable component is the internal combustion engine. Part of the reason the car industry has remained one of the last great redoubts for high-skilled, high-paid manufacturing in Europe, Japan and the US is that these carmakers still largely make their own engines. Part of the reason car manufacture long remained dominated by these ‘legacy’ regions is that making engines is hard. But if the past century was all about pistons and aprons covered in oil, the next one will be all about test tubes, cleanrooms and hazmat suits and understanding the electrochemical reactions occurring inside seemingly inert cells. Suddenly things start to look very different: in an electric car the battery, not the engine, is the most valuable component."

China kontrolliert in etwa 80% der weltweiten Batterieproduktionskapazitäten. Es kontrolliert auch 80% der Herstellung der Materialien für Batterien. Das heißt, wenn die USA zum Beispiel jetzt Batterien selber produzieren wollen, weil sie sich vor der Abhängigkeit von China sorgen, dann sind sie dabei immer noch abhängig von China. Selbst unter den optimistischsten Plänen der USA und Europa, wird China 2030 noch 70% aller Batterien herstellen.

"A typical electric car battery contains about 40kg of lithium, alongside 10kg of cobalt, 10kg of manganese and 40kg of nickel."

"The DRC, on the other hand, sits astride a set of truly unique geological features. [...] Situated there is an old mine called Shinkolobwe, which boasted the richest uranium reserves ever discovered anywhere in the world: nearly 70 per cent concentrations, compared with 0.01 per cent elsewhere. [...] There are extensive deposits of copper and astounding quantities of cobalt. Cobalt is often found alongside copper ores but the grades are mostly minuscule, well below 1 per cent. Here, thanks to a quirk of geology, they are mind-blowing: as much as 10 to 15 per cent. There is nowhere else on the planet quite like this."

Was könnte die Zukunft für Lithium bringen? Recycling: "Steel, as you know, is perhaps the most recycled metal on the planet, and in the United States the vast majority of stuff being milled is already made from scrap melted down in mini mills. Across the world, the end-of-life recycling rate - the proportion of scrap that goes on to be reused - is somewhere between 70 per cent and 90 per cent. For aluminium, the rate is 42-70 per cent; for cobalt 68 per cent; for copper 43-53 per cent. For lithium it is less than 1 per cent."

"The challenge here is that while developed nations already have about all the steel they need, they have nowhere near enough batteries to electrify the roads."