Life cycle assessment of gold: Comparative evaluation of primary and secondary production

Gold ist seit Jahrtausenden begehrt und wird oft mit Reichtum, Macht und Sicherheit gleichgesetzt. Die Gewinnung von Gold hat jedoch erhebliche Umweltauswirkungen. Dazu gehören ein hoher Ressourcen- und Energieverbrauch, der umfangreiche Einsatz potenziell gefährlicher Chemikalien, wie Cyanid oder Quecksilber, toxische Emissionen sowie die Veränderung der Landnutzung. Die Tatsache, dass Gold der Rohstoff mit der größten Anzahl an Minen ist, macht die ökologischen Auswirkungen besonders relevant.
Zur Untersuchung solcher Umweltauswirkungen eignet sich die Methode der Ökobilanz (life cycle assessment, LCA), die umweltrelevante Stoffströme entlang des gesamten Lebenszyklus von Produkten und Dienstleistungen bewertet und deren Umwelt-auswirkungen in verschiedenen Kategorien berechnet. ... mehrIn dieser Dissertation werden die wichtigsten Produktionswege für Gold, industrieller Gold- und Kupferbergbau, Kleinbergbau (artisanal and small-scale mining, ASM), Recycling von Altgold und Elektroschrott (waste electrical and electronic equipment, WEEE) mit der LCA-Methode analysiert.
Eine umfangreiche Literaturrecherche ergab, dass Goldproduktion aus ASM und Recycling von Altgold in den gängigen LCA-Datenbanken nicht enthalten sind. Darüber hinaus gibt es erhebliche Datenlücken in Bezug auf den industriellen Bergbau, die häufig durch vereinfachte Extrapolationen, genannt intersystemic data scaling (IDS), geschlossen werden.
In einer methodischen Studie wurde das Problem der Koproduktion in der LCA am Beispiel einer finnischen Kupfermine analysiert. Es wurden verschiedene Allokationsmethoden angewandt und auf ihre Eignung hin diskutiert. Es zeigte sich, dass eine stärkere Fokussierung auf den Nutzen eines Produktsystems anstelle von strengen Hierarchien, die eine Allokationsmethode als generell vorteilhaft gegenüber einer anderen bewerten, sinnvoll wäre.
Um das Fehlen von Daten zu Gold aus ASM in Ökobilanzdatenbanken zu beheben, wurden über 100 Datensätze aus 47 ASM-Minen im brasilianischen Amazonasgebiet erhoben und ausgewertet. Diese Datensätze umfassen den Energiebedarf und die Quecksilberverwendung. Trotz des Einsatzes von Retorten zum Recycling von Quecksilber, wird eine jährliche Freisetzung von etwa 2,5 Tonnen Quecksilber beobachtet. Der Energiebedarf und die daraus resultierenden CO2 Äquivalente von ASM sind mit denen des industriellen Bergbaus vergleichbar.
Für die vorliegende Dissertation wurden auch Primärdaten für die Goldproduktion aus Altgold erhoben und anschließend mittels LCA bewertet. Die LCA Ergebnisse zeigen, dass diese Produktionsroute nicht nur besonders niedrige Umweltwirkungen aufweist, sondern auch für etwa 30 % der jährlichen Goldproduktion verantwortlich ist. Sie ist daher besonders relevant für LCA-Datensätze, die versuchen einen universellen Goldmarkt zu modellieren (market datasets).
Dagegen wird die gängigste Prozesstechnologie für das Recycling von Gold aus WEEE, das pyrometallurgische Recycling, in Ökobilanzstudien nicht ausreichend diskutiert. Es wurde gezeigt, dass die Verbrennung des Kunststoffanteils im WEEE für den größten Teil der CO2-Äquivalente verantwortlich ist. Dies führt zu einem Dilemma für die Hüttenindustrie, in dem Bemühungen um eine Kreislaufwirtschaft zu mehr CO2-Emissionen führen und typische Dekarbonisierungsstrategien scheitern.

Gold has been coveted for millennia and is often associated with wealth, power, and security. However, the production of gold has substantial environmental impacts. Resource depletion, the extensive use of potentially dangerous chemicals, such as cyanide or mercury, toxic emissions, land use change, and high energy consumption, just to name a few. The relevancy of the environmental impact of gold mining is highlighted by the fact that gold is the raw material with the most individual mines in the world.
The life cycle assessment (LCA) method, which assesses environmentally relevant material flows along the entire life cycle of products as well as services, is suitable for quantifying and analyzing the environmental impacts in various categories for a product like gold. ... mehrThis study analyzes the most important production routes for gold—industrial gold and copper mining, artisanal and small-scale mining (ASM), high-value recycling, and waste from electrical and electronic equipment (WEEE)—using the LCA method.
Thorough literature research revealed that gold originating from ASM and high-value recycling is not included in common LCA databases. Additionally, there are substantial data gaps concerning industrial mining, which are frequently addressed through simplified extrapolations referred to as intersystemic data scaling (IDS).
A methodological study was conducted to analyze the problem of multi-product allocation in LCA, using a Finnish copper mine as a prime example. Various allocation methods were applied and discussed with regard to their suitability. It was found that a stronger focus should be put on the benefit of a product system instead of using strict hierarchies valuing one allocation method as generally advanced over another.
To address the absence of data on gold from ASM in LCA databases, a comprehensive collection of over 100 data sets from 47 ASM mines in the Brazilian Amazon was conducted. These data sets encompassed energy and mercury utilization. Despite the implementation of retorts for mercury recycling, an annual release of approximately 2.5 tons of mercury is observed in the region. The energy requirements and the associated climate implications of ASM are comparable to those of industrial mining.
The investigation also encompassed the collection of primary data for gold production from high-value scrap, which was subsequently evaluated using LCA. The results highlight the particularly low environmental impacts of this production method. This is also of great importance for LCA datasets that try to model a universal gold market, as this route is responsible for approximately 30 % of the annual gold production.
Research in the field of gold from WEEE recycling revealed that the most common process technology, pyrometallurgical recycling, is not sufficiently addressed by LCA studies. It was shown that the high impacts of burning the plastic fraction of the WEEE in the feedstock are responsible for most of the CO2 equivalents. This leads to a complicated situation for the smelter industry, where efforts for circular economy lead to more impacts on climate change and typical decarbonization strategies fail.