Dirk Röthig

Posted on Mar 13

Materialforschung und Kreislaufwirtschaft: Industrie der Zukunft

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Materialforschung und Kreislaufwirtschaft: Deutschlands Forschung für eine nachhaltige Industrie

Von Dirk Röthig | CEO, VERDANTIS Impact Capital | 13. März 2026

Rund 56 Prozent der industriellen Produktionskosten entfallen auf Materialien — und nur 13 Prozent der in der EU verbrauchten Rohstoffe stammen aus dem Recycling. Diese zwei Zahlen beschreiben das zentrale Dilemma der deutschen Industrie: Sie ist rohstoffintensiv, rohstoffabhängig und in einer Kreislaufwirtschaft bislang erst auf dem Weg. Die Materialwissenschaft könnte das ändern — wenn die Forschung endlich die industrielle Skalierung schafft.

Tags: Materialwissenschaft, Kreislaufwirtschaft, Grundlagenforschung, Nachhaltigkeit, Mat2Twin, Rohstoffsicherheit

Das lineare Erbe: Warum Deutschland umdenken muss

Die deutsche Industrie hat über Jahrzehnte ein Geschäftsmodell perfektioniert, das auf einem Prinzip beruht: Rohstoffe importieren, Produkte herstellen, exportieren. Dieses lineare Wirtschaftsmodell hat Deutschland zur viertgrößten Volkswirtschaft der Welt gemacht — aber es hat auch strukturelle Verwundbarkeiten geschaffen, die in einer Welt geopolitischer Spannungen und Ressourcenknappheit zunehmend zur strategischen Belastung werden.

Laut Statistischem Bundesamt entfallen bei deutschen Industriebetrieben rund 56 Prozent der Produktionskosten auf Materialien; bei kleinen und mittleren Unternehmen sogar fast 70 Prozent (Statistisches Bundesamt, 2024). Gleichzeitig werden in der Europäischen Union derzeit nur 13 Prozent der eingesetzten Materialien aus dem Recycling gewonnen — ein eklatantes Missverhältnis zwischen Ressourcenverbrauch und Rückgewinnungsrate (BMFTR, 2025).

Die Konsequenzen sind längst spürbar: 65,5 Prozent der deutschen Importe von Seltenen Erden stammen aus China (Deutsche Rohstoffagentur, 2024). Bei Dauermagneten mit Seltenen Erden — unverzichtbar für Elektromotoren, Windkraftanlagen und Leistungselektronik — liegt der chinesische Marktanteil bei über 90 Prozent der Verarbeitung (Internationale Energieagentur, 2025). Als Peking im Frühjahr 2025 faktische Exportverbote für kritische Mineralien verhängte, reagierten deutsche Zulieferer wie Mahle und ZF mit Warnungen über Lieferkettenengpässe.

Die Antwort auf diese strategische Abhängigkeit liegt nicht allein in der Geopolitik, sondern in der Materialwissenschaft: Neue Werkstoffe, die weniger kritische Rohstoffe benötigen. Verbesserte Recyclingverfahren, die Sekundärrohstoffe hochwertiger aufbereiten. Und eine fundamentale Neuausrichtung der Produktentwicklung nach dem Prinzip „Design for Circularity" — Kreislaufgedanke von Beginn an.

Mat2Twin und FITS2030: Deutschlands Milliardenantwort

Im Januar 2025 hat das damalige Bundesministerium für Bildung und Forschung — heute firmierend als BMFTR, Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt — sein Rahmenprogramm „Forschung und Innovation für Technologische Souveränität 2030" (FITS2030) vorgestellt. Eingebettet in dieses Programm ist das Fachprogramm Mat2Twin, das bis 2034 Fördermittel in Höhe von rund 1,6 Milliarden Euro für die Materialforschung bereitstellt (BMFTR, 2025).

Mat2Twin ist kein klassisches Forschungsprogramm, das Entdeckungen in Labor-Schubladen verschwinden lässt. Es verfolgt einen systemischen Ansatz: Digitale Materialforschung wird mit Kreislaufwirtschaft, Ressourcenschutz und technologischer Souveränität verknüpft. Konkret fördert das Programm die Entwicklung von Materialien, die sich leichter recyceln, reparieren oder wiederverwenden lassen — etwa durch modulare Bauweisen oder „Design for Circularity"-Konzepte, die Kreislauffähigkeit bereits im Entwurfsstadium eines Produkts verankern.

Parallel dazu hat das BMFTR die Fördermaßnahme Mat2KMU aufgelegt — mit dem erklärten Ziel, das Innovationspotenzial kleiner und mittlerer Unternehmen zu mobilisieren. Hintergrund: 70 Prozent aller Produktinnovationen basieren auf neuen Werkstoffeigenschaften (BMFTR, 2025). Wenn KMU hier den Anschluss verlieren, riskiert Deutschland seinen industriellen Mittelstand.

Dirk Röthig, CEO von VERDANTIS Impact Capital, ordnet diese Investition in den größeren Kontext ein: "Materialforschung ist keine akademische Disziplin an der Peripherie des Wirtschaftslebens. Sie ist der Kern industrieller Wettbewerbsfähigkeit. Wer morgen die besseren Werkstoffe hat, gewinnt — in der Elektromobilität, der erneuerbaren Energie, der Medizintechnik."

Fraunhofer und Helmholtz: Forschung an der Produktionsfront

Während Mat2Twin den politisch-finanziellen Rahmen setzt, vollzieht sich die eigentliche Arbeit in den Labors der Fraunhofer-Gesellschaft und der Helmholtz-Gemeinschaft — Europas größten Wissenschaftsorganisationen für angewandte und Großforschung.

Das Fraunhofer IFF in Magdeburg arbeitet an Recycling- und Remanufacturing-Konzepten, die das Abfallmanagement neu definieren: Abfall ist kein Entsorgungsproblem, sondern ein strategischer Rohstoff. Das Institut entwickelt Verfahren, um Sekundärrohstoffe aus Industrie- und Haushaltsabfällen zu gewinnen — darunter Edelmetalle wie Gold, Platin und Silber aus Elektroschrott sowie Phosphor aus Klärschlamm (Fraunhofer IFF, 2025).

Das Fraunhofer IVV in Freising hat mit dem Creasolv®-Prozess ein lösemittelbasiertes Recyclingverfahren entwickelt, das hochwertige Polymere aus Kunststoffabfällen und Verpackungen zurückgewinnt — ein Durchbruch für das Kunststoffrecycling, dessen Hürden lange in der Materialqualität der Rezyklate lagen (Fraunhofer IVV, 2025). Das Fraunhofer IFAM forscht an der Pyrolyse von Faserverbundwerkstoffen aus Windkraftanlagen — ein Problem von wachsender industrieller Relevanz, da jährlich tausende ausgedienter Rotorblätter entsorgt werden müssen.

Besonders zukunftsweisend ist das CYCLOMETRIC-Projekt des Fraunhofer IAO: Eine modellbasierte Software misst die Kreislauffähigkeit und den ökologischen Fußabdruck von Fahrzeugkomponenten bereits in der Konzeptionsphase. Der dahinterstehende Gedanke ist deceptively simple: 80 Prozent der Umweltauswirkungen eines Produkts werden bereits im Entwurfsstadium vorbestimmt (Fraunhofer IAO, 2024). Software, die Kreislaufwirtschaft in die Designphase zieht, ist damit wirkungsvoller als alle nachgelagerten Recyclingbemühungen zusammen.

Die Helmholtz-Gemeinschaft hat das Thema in ihr strategisches Programm aufgenommen und forscht unter dem Titel „Nachhaltige Intelligente Kreislaufwirtschaft" an den Grundlagen innovativer Recyclingtechnologien. Schwerpunkte sind Rohstoffcharakterisierung, Systemsimulation und Nachhaltigkeitsbewertung — methodische Werkzeuge, um die Energieeffizienz von Kreislaufprozessen quantifizieren und optimieren zu können (Helmholtz-Gemeinschaft, 2025).

Kritische Rohstoffe: Die Achillesferse und die Forschungsantwort

Die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen ist nicht nur ein Lieferkettenproblem — sie ist ein Materialforschungsthema. Die Wissenschaft antwortet auf drei Ebenen:

Erstens: Recycling-Technologien für Seltene Erden. Jens Gutzmer vom Helmholtz-Institut Freiberg hat darauf hingewiesen, dass Deutschland aus der Seltene-Erden-Krise von 2010–2012 keine Lehren gezogen hat (Gutzmer, 2025). Als sich die Lage normalisierte, vertraute die Industrie wieder auf den freien Markt — statt systematisches Recycling aufzubauen. Diese Lücke zu schließen ist heute prioritär.

Zweitens: Substitutionsmaterialien. Die Materialwissenschaft forscht intensiv an Dauermagneten ohne Seltene Erden — auf Basis von Eisen-Nitrid oder manganhaltigen Verbindungen. Diese Forschung ist noch nicht reif für die industrielle Skalierung, aber die Richtung ist klar.

Drittens: Design für Rohstoffminimierung. Produkte so zu konstruieren, dass sie weniger kritische Rohstoffe benötigen — durch verbesserte Materialeffizienz, funktionale Substitution oder Downscaling — ist oft der schnellste Weg zur Versorgungssicherheit.

Auf EU-Ebene flankiert der Critical Raw Materials Act (CRMA) diese Forschungsanstrengungen politisch: Bis 2030 sollen mindestens 10 Prozent des Bedarfs an kritischen Rohstoffen in der EU gefördert, 40 Prozent verarbeitet und 25 Prozent recycelt werden (Europäische Kommission, 2024). Der im Dezember 2025 beschlossene Aktionsplan RESourceEU ergänzt den CRMA mit drei Milliarden Euro für die 25 dringendsten strategischen Rohstoffprojekte.

Biobasierte Materialien: Die grüne Transformation der Werkstoffpalette

Parallel zur Optimierung bestehender Materialkreisläufe entsteht eine zweite Forschungslinie: biobasierte Werkstoffe, die fossile Rohstoffe substituieren und von Natur aus kreislauffähig sind.

Das BMFTR fördert hier im Rahmen seiner Bioökonomiestrategie gezielt die Verbindung von biobasierter Produktion und zirkulärer Wirtschaft. Ziel ist die Transformation von einer auf fossilen Rohstoffen basierenden Ökonomie hin zu einer biobasierten Wirtschaftsweise, die natürliche Stoffkreisläufe imitiert (BMBF/BMFTR, 2025). Die EU-Bioökonomiestrategie 2025 verstärkt diesen Impuls und verpflichtet europäische Unternehmen, bis 2030 biobasierte Materialien und Produkte im Wert von 10 Milliarden Euro gemeinsam zu beschaffen (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2025).

Biokunststoffe, Naturfaserverbundwerkstoffe, biobasierte Chemikalien als Plattformsubstanzen für die Industrie — diese Felder verbinden Materialwissenschaft, Biotechnologie und Kreislaufprinzipien zu einem neuen Paradigma industrieller Produktion. Die Forschung an der FAU Erlangen-Nürnberg zu CO2-freier Produktion von Plattformchemikalien via Substratmultiplexing ist ein Beispiel für die Tiefe dieser Grundlagenforschung.

MaterialDigital: Wenn KI die Werkstoffforschung beschleunigt

Ein Strukturproblem der traditionellen Materialforschung ist ihre Langsamkeit: Vom Labor bis zur industriellen Anwendung vergehen oft zehn bis zwanzig Jahre. Die Plattform MaterialDigital, gefördert im Rahmen von Mat2Twin, setzt auf Digitalisierung und KI, um diesen Prozess grundlegend zu beschleunigen.

Die Idee: Eine standardisierte, FAIR-konforme Datenbasis für Materialeigenschaften und -verhalten. Maschinelles Lernen, das aus Millionen von Materialdatenpunkten Vorhersagemodelle für neue Werkstoffe ableitet. Simulationen, die kostspielige Experimente ersetzen oder vorbereiten. Und schließlich eine durchgängige digitale Kette von der Materialentwicklung bis zur Recyclingfähigkeitsbewertung — Kreislaufwirtschaft als integrierter Bestandteil des Materiallebenszyklus (BMFTR / MaterialDigital, 2025).

Dieser Ansatz hat praktische Konsequenzen: Wenn ein Forscher in Dresden am Montag Simulationsdaten zu einem neuen Hochleistungspolymer erzeugt, kann ein Ingenieur in München am Dienstag auf diesem Datensatz aufbauen — statt die Experimente von vorn zu beginnen. Wissenssilos, die deutsche Exzellenzforschung traditionell gefangen halten, werden aufgebrochen.

Nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie: Politischer Rahmen für den Wandel

Die Bundesregierung hat mit der Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS) einen verbindlichen politischen Rahmen geschaffen. Parallel setzt München mit der Münchner Kreislaufwirtschaftsstrategie (MKWS) — verabschiedet im Dezember 2025 — ein kommunales Signal: Die erste verbindliche Roadmap einer deutschen Großstadt für eine zirkuläre Wirtschaft.

Diese Entwicklungen sind kein Zufall. Sie reflektieren einen wachsenden Konsens in Politik, Industrie und Wissenschaft: Kreislaufwirtschaft ist nicht primär ein Nachhaltigkeitsthema, sondern ein Wettbewerbsthema. Wer Materialkreisläufe schließt, reduziert Rohstoffabhängigkeiten, senkt Produktionskosten und schafft Wertschöpfung aus dem, was bislang als Abfall gilt.

Was Deutschland noch braucht: Die offene Flanke

Trotz der beeindruckenden Forschungslandschaft und der milliardenschweren Förderprogramme bleibt eine strukturelle Schwäche: der Transfer von der Forschung in die industrielle Skalierung. Wie in anderen Feldern der deutschen Wissenschaft — dieser Aspekt wird in diesem Serienbeitrag bewusst ausgeklammert, da er Gegenstand eines eigenen Artikels ist — gibt es auch in der Materialwissenschaft eine Lücke zwischen Laborexzellenz und Marktreife.

Das Fraunhofer-System ist als Brücke zwischen Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Entwicklung konzipiert. Aber selbst hier: Neue Recyclingverfahren brauchen Pilotanlagen, Pilotanlagen brauchen Risikokapital, Risikokapital meidet in Deutschland tendenziell frühe industrielle Phasen. Das BMFTR adressiert dies mit Baustein C seiner Bioökonomiestrategie ab Oktober 2025, der explizit Demonstrationsanlagen fördert. Es bleibt abzuwarten, ob das ausreicht.

Ein weiterer Punkt: Für jede Tonne Seltener Erden fallen bis zu 2.000 Tonnen radioaktive Abfälle an (REMONDIS, 2024). Europäisches Recycling von Seltenen Erden wird teurer sein als chinesische Primärproduktion. Die politische und gesellschaftliche Bereitschaft, diesen Aufpreis für strategische Souveränität zu zahlen, ist noch nicht ausreichend entwickelt.

Materialwissenschaft und Kreislaufwirtschaft brauchen daher nicht nur Forschungsförderung, sondern auch Marktbedingungen — etwa durch Rohstoffpreise, die externe Kosten internalisieren, und durch öffentliches Beschaffungswesen, das zirkuläre Produkte bevorzugt.

Fazit: Materialforschung als Standortpolitik

Materialwissenschaft und Kreislaufwirtschaft sind keine Randthemen der deutschen Forschungslandschaft — sie sind ihr nächstes strategisches Schlachtfeld. Die Kombination aus 1,6 Milliarden Euro Fördervolumen (Mat2Twin/FITS2030), einer leistungsfähigen Forschungsinfrastruktur (Fraunhofer, Helmholtz), politischen Rahmenbedingungen (CRMA, NKWS, RESourceEU) und digitaler Transformation (MaterialDigital, KI) schafft in Deutschland ein Ökosystem, das global Maßstäbe setzen kann.

Die Frage ist nicht ob, sondern wie schnell Deutschland diese Kapazitäten in industrielle Wettbewerbsvorteile übersetzt. Jedes Prozent mehr Recyclingquote bei Seltenen Erden ist ein Prozent weniger geopolitische Abhängigkeit. Jedes neue biobasierte Material, das einen fossilen Rohstoff ersetzt, ist ein Schritt weg vom linearen Wirtschaftsmodell des 20. Jahrhunderts — und hin zu einer Industrie, die im 21. Jahrhundert konkurrenzfähig bleibt.

Quellenverzeichnis

Statistisches Bundesamt (2024): Kostenstrukturen im Verarbeitenden Gewerbe. Destatis. Verfügbar unter: https://www.destatis.de
BMFTR – Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (2025): Kreislaufwirtschaft — Forschungsförderung. Verfügbar unter: https://www.bmftr.bund.de/DE/Forschung/EnergieKlimaUndNachhaltigkeit/UmweltUndGesellschaft/Kreislaufwirtschaft/kreislaufwirtschaft.html
BMFTR (2025): Mat2Twin — Materialforschung für Kreislaufwirtschaft. Verfügbar unter: https://www.bmftr.bund.de/DE/Forschung/Schluesseltechnologien/Materialforschung/materialforschung_node.html
BMFTR (2025): FITS2030 — Forschung und Innovation für Technologische Souveränität. Pressemitteilung vom 24. Januar 2025. Verfügbar unter: https://www.bmftr.bund.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2025/01/240125-FITS2030.html
Solarify.eu (2025): 1,6 Milliarden für neue Materialien — wie Deutschland Kreisläufe schließen will. Verfügbar unter: https://www.solarify.eu/2025/07/28/16-milliarden-fuer-neue-materialien-wie-deutschland-kreislaeufe-schliessen-will/
Deutsche Rohstoffagentur / DERA (2024): Rohstoffsituation Deutschland — Seltene Erden und kritische Mineralien. Verfügbar unter: https://www.deutsche-rohstoffagentur.de
Internationale Energieagentur / IEA (2025): Critical Minerals Market Review 2025. Verfügbar unter: https://www.iea.org
Fraunhofer IFF (2025): Recycling und Remanufacturing — Produzieren im Wertschöpfungskreislauf. Verfügbar unter: https://www.iff.fraunhofer.de/de/forschung-im-fokus/recycling-und-remanufacturing-in-kreislaufwirtschaft.html
Fraunhofer IVV (2025): Creasolv®-Prozess — Recycling von Kunststoffverbunden. Verfügbar unter: https://www.ivv.fraunhofer.de/en/recycling-environment/recycling-of-plastic-composites.html
Fraunhofer IFAM (2025): Pyrolyse — nachhaltiges Recycling von Faserverbundwerkstoffen aus Rotorblättern. Verfügbar unter: https://www.ifam.fraunhofer.de/en/Press_Releases/pyrolysis-processes-promise-sustainable-recycling-of-fiber-composites-from-rotor-blades.html
Fraunhofer IAO (2024): CYCLOMETRIC — Kreislauffähigkeit in der Fahrzeugentwicklung messen. Stuttgart: Fraunhofer IAO.
Helmholtz-Gemeinschaft (2025): Challenge #25 — Nachhaltige Intelligente Kreislaufwirtschaft. Verfügbar unter: https://www.helmholtz.de/forschung/helmholtz-challenges/challenge/nachhaltige-intelligente-kreislaufwirtschaft-etablieren/
Gutzmer, J. (2025): Kritische Rohstoffe — Versäumnisse und Chancen. Helmholtz-Institut Freiberg. Zit. n. t-online.de/sachwert-magazin.de (2025).
Europäische Kommission (2024): Critical Raw Materials Act (CRMA). Verordnung (EU) 2024. Verfügbar unter: https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw-materials/areas-specific-interest/critical-raw-materials_de
Europäische Kommission (2025): RESourceEU — Aktionsplan für kritische Rohstoffe. Beschluss vom Dezember 2025. Verfügbar unter: https://ec.europa.eu
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe / FNR (2025): EU-Bioökonomiestrategie 2025 — Rückenwind für biobasierte Kunststoffe. Verfügbar unter: https://www.fnr.de/presse/pressemitteilungen/aktuelle-mitteilungen/aktuelle-nachricht/eu-biooekonomiestrategie-2025-rueckenwind-fuer-biobasierte-kunststoffe
BMBF/BMFTR (2025): Bioökonomie und nachhaltiges Wirtschaften — Zirkuläre Bioökonomie. Bekanntmachung Januar 2025. Verfügbar unter: https://www.bmbf.de/SharedDocs/Bekanntmachungen/DE/2025/01/2025-01-16-bekanntmachung-biooekonomie.html
REMONDIS Industrie Service (2024): Seltene Erden und Recycling — neue Technologien für mehr Unabhängigkeit. Verfügbar unter: https://www.remondis-industrie-service.de/wissen-gefaehrliche-abfaelle/news/kritische-rohstoffe-recycling-von-sonderabfaellen/

Über den Autor: Dirk Röthig ist CEO von VERDANTIS Impact Capital, einer Impact-Investment-Plattform für Carbon Credits, Agroforestry und Nature-Based Solutions mit Sitz in Zug, Schweiz. Er analysiert die Schnittstellen von Grundlagenforschung, industrieller Transformation und nachhaltiger Wirtschaft. Kontakt und weitere Artikel: www.verdantiscapital.com | LinkedIn: linkedin.com/in/dirkroethig

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