27. Dezember 2019

Metalle der Seltenen Erden Ressource der Zukunft

Die Bundesregierung räumt der Versorgung mit strategisch wichtigen Ressourcen keinen Wert ein

von Rafael Hauptmann

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Bildquelle: Ascannio / Shutterstock.com China ist Spitzenreiter bei der Förderung: Metalle der Seltenen Erden

In den vergangenen Jahren haben die Metalle der sogenannten Seltenen Erden (SE) einen großen Zuwachs an wirtschaftlicher Bedeutung erfahren – unter anderem aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im Rahmen von Energiesparanwendungen, Informations‑, Kommunikations- und weiteren Schlüsseltechniken. Leider hat es Deutschland verpasst, sich den verlässlichen Zugang zu diesen Ressourcen zu sichern.

Zu den insgesamt 17 Elementen, um die es geht, zählen neben Scandium, Yttrium und Lanthan aus der dritten Gruppe des Periodensystems auch die 14 auf das Lanthan folgenden Metalle, die sogenannten Lanthanoide. Der Name „Seltene Erden“ rührt daher, dass diese Elemente zuerst in seltenen Mineralien aufgefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide, für die früher die Bezeichnung „Erden“ gebräuchlich war, isoliert wurden. Allerdings täuscht das Wort „selten“ – einige Metalle, wie Yttrium, Neodym und Cer, sind in der kontinentalen Erdkruste häufiger als Blei. Selbst Thulium und Lutetium, die seltensten stabilen Lanthanoide, sind noch über 100 Mal häufiger als Gold. Leider sind diese Elemente aber sehr ungleich verteilt.

Die Entdeckung der SE begann Ende des 18. Jahrhunderts in Mineralien, die in schwedischen Gruben gefunden wurden. 1794 gelang hieraus die Isolierung einer neuen „Erde“, die nach ihrem Fundort Ytterby den Namen „Yttererde“ erhielt. 1803 wurde dann die „Ceriterde“ von Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger in Stockholm und unabhängig von ihnen von Martin Heinrich Klaproth in Berlin isoliert. Bis zum Jahr 1907 fand man mit Hilfe von teilweise äußerst zeit- und arbeitsaufwendigen Trennmethoden in der „Yttererde“ insgesamt neun und in der „Ceriterde“ weitere sieben neue Elemente. Das 17. und letzte aufgespürte SE-Metall war das radioaktive Promethium, das in den 1940er Jahren unter den Spaltprodukten des Urans entdeckt wurde.

Im Alltag begegnen uns die SE-Metalle inzwischen relativ häufig, weil sie moderne Techniken ermöglichen, die es ohne sie nicht oder nur mit geringerer Leistung geben würde. So sind die SE, wenn auch manchmal nur in sehr kleinen Mengen, unter anderem Bestandteil von Autoabgaskatalysatoren, Rußpartikelfiltern, Spezialstählen, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren und Hochleistungs-Permanentmagneten, die zum Beispiel auch in Generatoren für Wind- und Wasserkraftanlagen eingesetzt werden. Man findet Verbindungen der SE-Metalle außerdem in den Leuchtstoffen von LCD- und Plasmabildschirmen, Leuchtstoff- und Energiesparlampen, LEDs, in den Festplatten von Computern sowie in Spezialgläsern mit hoher Brechzahl. Aufgrund seiner besonderen magnetischen Eigenschaften ist Gadolinium in Kontrastmitteln für die Magnetresonanztomographie (MRT) enthalten. Industriell werden die SE-Metalle und ihre Salze beispielsweise in Katalysatoren für die Petrochemie, als Legierungszusätze, in Poliermitteln, keramischen Kondensatoren, Laser- und Luminiszenzmaterialien sowie in Farbpigmenten und Glasfarbstoffen eingesetzt. Yttrium, Scandium und Lanthan sind Bestandteile der Elektroden von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC).

Die Vorräte in den weltweit ökonomisch nutzbaren Lagerstätten wurden im Jahr 2009 auf knapp 100 Millionen Tonnen SE-Metall-Oxide (SEO) geschätzt. Sie befinden sich unter anderem in Kanada, den USA, Brasilien, Indien, Russland, Vietnam, Schweden und Australien. China verfügt nach Schätzungen über ein knappes Drittel der weltweiten Ressourcen. In der Nähe von Storkwitz in Sachsen gibt es ein in den 1970er Jahren erkundetes Vorkommen, in dem nach Schätzungen der Deutschen Rohstoff AG 41.600 Tonnen SEO mit einem relativ hohen Anteil am derzeit sehr gefragten Yttrium lagern. Derzeit wird geprüft, auf welche Art und Weise ein Abbau wirtschaftlich möglich ist. Da die Metalle der Seltenen Erden in ihren etwa 100 bekannten Mineralen, wie zum Beispiel Monazit, Bastnäsit und Xenotim, stets miteinander und auch mit weiteren Elementen vergesellschaftet auftreten, können sie auch nur zusammen abgebaut werden. Das Verhältnis der Elemente der SE im Erz ist fundortspezifisch und deckt sich häufig nicht mit dem tatsächlichen technischen Bedarf an den jeweiligen Metallen. Deshalb können Hersteller gezwungen sein, beträchtliche Mengen weniger lukrativer SE-Metalle zu gewinnen, um die gewünschte Menge begehrter Metalle herstellen zu können. Gegenwärtig steigt insbesondere der Bedarf an Lanthan (für Akkumulatoren), Neodym und Dysprosium (für Hochleistungsmagnete) und für Erbium und Yttrium (für Leuchtstoffe). Auf den Abbau der SE-haltigen Erze folgen verschiedene physikalische und chemische Aufbereitungs‑, Anreicherungs- und Reinigungsstufen, die aufgrund des sehr ähnlichen chemischen Verhaltens der gelösten SE-Metalle häufig sehr aufwendig sind. An die Auftrennung in die einzelnen Elemente über Ionenaustausch oder Flüssig-Flüssig-Extraktion schließt sich die Darstellung der hochreinen Metalle durch chemische oder elektrochemische Deposition an.

Mehr als 80 Prozent der insgesamt seit 1900 geförderten SEO wurden in den letzten 30 Jahren gewonnen. Im Jahr 2009 wurden weltweit 123.700 Tonnen Oxide der SE-Metalle abgebaut, davon 97 Prozent allein in China, dessen Anteil an der Weltjahresproduktion im Jahr 1980 noch bei nur zehn Prozent lag. Grund für diesen rasanten Zuwachs sind günstigere Preise für SE aus China wegen der vergleichsweise niedrigen Lohnkosten und geringeren Umweltschutzauflagen. Für 2019 wird ein weiterer Anstieg der Förderung auf über 180.000 Tonnen SEO mit einem Marktwert von derzeit mehr als zwei Milliarden US-Dollar vorausgesagt. China hat die Ausfuhr von SE-Metallen im zweiten Halbjahr 2018 gegenüber dem Vorjahreszeitraum um 72 Prozent auf nur noch 8.000 Tonnen gesenkt. Zugleich wurden Exportquoten für Materialien eingeführt, die Metalle der SE enthalten. Zur Deckung der steigenden Nachfrage und zur Kompensation der chinesischen Exportbeschränkungen werden gegenwärtig weltweit neue SE-Vorkommen erkundet beziehungsweise ihre Erschließung vorbereitet, wie unter anderem die Lagerstätten Nolans und Mount Weld in Australien, Kvanefjeld in Grönland und weitere, zum Beispiel in Vietnam, der Mongolei und Indien. Außerdem ist die Wiederaufnahme der vor zehn Jahren eingestellten Produktion in Mountain Pass (USA) in Vorbereitung.

Die Versorgung mit den Metallen der SE könnte durch ein optimiertes Recycling wirkungsvoll ergänzt werden. Abgesehen von der Wiedergewinnung weiterer Wertstoffe liegt im Recyclat bereits eine – zumindest teilweise – Anreicherung bestimmter SE-Metalle vor. Eine nennenswerte Rückgewinnung findet, abgesehen von wenigen Ausnahmen wie zum Beispiel Neodym-haltige Magnete, derzeit noch nicht statt. Allerdings werden unter anderem erste Anstrengungen unternommen, um den SE-Anteil aus den beim Energiesparlampen-Recycling anfallenden Leuchtstoffen wiederzugewinnen.

Die Thematik „Recycling und Substitution Seltener Erden“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Fördermaßnahme „Innovative Technologien für Ressourceneffizienz“ mit rund 1,5 Millionen Euro unterstützt. Das Innovationsforum „Life-Cycle-Strategien und Recycling für Seltene Metalle mit strategischer Bedeutung“ erhält 85.000 Euro vom Bundesbildungsministerium.

Diese Summen verdeutlichen eindrücklich, welchen Wert die Bundesregierung der Versorgung mit strategisch wichtigen Ressourcen einräumt: schlicht keinen. Zum Vergleich: Im selben Zeitraum wurden in Mauretanien 4,5 Millionen deutscher Steuergelder für die „Stärkung der Rohstoffgovernance“ ausgegeben.


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