Wissen


22

Gefragte Metalle Schatzsuche nach Seltenen Erden

Seltene Erden sind besondere Metalle. Ohne sie gäbe es keine Smartphones und viele andere technische Geräte auch nicht. Doch der Hauptlieferant China hat die Ausfuhr beschränkt. Daher wird auch hierzulande nach den Rohstoffen gesucht.

Stand: 17.10.2014

Metall Kobalt | Bild: dapd

Smartphones, Notebooks, LED-Leuchten, Elektromotoren - diese und noch viel mehr Hightech-Produkte würden ohne die Seltenerdmetalle nicht funktionieren. Zwar werden die wertvollen Rohstoffe jeweils nur in sehr kleinen Mengen eingesetzt, ähnlich etwa wie seltene Gewürze beim Kochen, doch genau wie die Gewürze spielen auch die Seltenen Erden eine entscheidende Rolle.

Seltene Erden und ihre Verwendung

Metalle

Die abgekürzte Bezeichnung "Seltene Erden" ist gleich doppelt missverständlich: Eigentlich müssten sie "Metalle der Seltenen Erden" heißen - und selten sind sie auch nicht.

Die ersten dieser Metalle wurden Ende des 18. Jahrhunderts in Schweden entdeckt. Sie kamen in seltenen Mineralien vor und wurden in Form ihrer Oxide - Sauerstoffverbindungen, die früher auch "Erden" genannt wurden - isoliert. Daher stammt der Begriff "Seltene Erden". Ihre Grundstoffe selbst kommen in Erzen weltweit relativ häufig vor: Selbst das seltenste stabile Element der Seltenen Erden - Thulium - findet sich noch öfter als Gold. Größere, zusammenhängende Lagerstätten davon sind allerdings tatsächlich rar.

Zu den Seltenen Erden werden 17 Metalle gezählt: Scandium, Yttrium und Lanthan - und die 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Metalle, die sogenannten Lanthanoide. Dazu gehören etwa Cer, Praseodym, Neodym, Europium und Yttrium.

Verwendung

Seltene Erden haben ganz besondere chemische Eigenschaften, ohne die moderne Technologien nicht möglich wären.

Von den rund 137.000 Tonnen, die Unternehmen im Jahr 2011 eingesetzt haben, entfiel der größte Anteil (30 Prozent) auf die Glas- und Keramikproduktion. Rund 20 Prozent wurden für die Herstellung von Magneten, beispielsweise für Elektromotoren in Hybrid-Autos oder für Generatoren von Windturbinen, verwendet. Auch für Katalysatoren (19 Prozent), Metalllegierungen und Batterien (18 Prozent) oder für die Lampenherstellung (7 Prozent) wurden Seltene Erden gebraucht.

Für das Jahr 2012 geht die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe von einem Gesamtverbrauch von 189.000 Tonnen aus. Der Marktwert wird auf zwei Milliarden US-Dollar geschätzt. Weil der weltweite Bedarf an Seltenen Erden rasant steigt, wird der Wettbewerb immer heftiger.

Motoren, Windräder & Co.

Ohne Seltene Erden hätte der Elektromotor der Zukunft keine Chance: In solchen Motoren stecken die stärksten Magnete, die Ingenieure herstellen können. Sie bestehen aus einem Neodym-Eisen-Bor-Gemisch: Etwa 20 Prozent Neodym sind in ihnen enthalten. In einem Hybridfahrzeug können bis zu 20 Kilogramm der begehrten Rohstoffe stecken - nicht nur im Motor, sondern auch in anderen Bauteilen wie LED-Leuchten oder im Lack.
Auch Windräder enthalten solche Supermagneten: In ihren Elektromotoren, die die Bewegungsenergie in Strom verwandeln, werden sie verwendet, um eine bessere Energieausbeute zu erhalten: Pro Megawatt wird etwa eine Tonne Neodym-Eisen-Bor eingebaut.
Wesentlich kleiner sind die Supermagneten, die in Festplattenlaufwerken stecken. Kein Handy, kein CD-Player kommt ohne sie aus. Durch ihre hohe Energiedichte konnten die Geräte überhaupt erst so klein werden. Die Touchscreens von Smartphones und Tablet-PCs funktionieren nur dank Indium.
Zündkerzen in Autos enthalten eine Yttrium-Legierung, die ihre Lebensdauer verlängert und den Benzinverbrauch senkt. Cer sorgt dafür, dass Autolacke und Scheiben nicht mehr so schnell verkratzen wie früher: Es macht Oberflächen widerstandsfähiger.
Glühbirnen, LEDs, Neonröhren und Dioden enthalten Seltenerdmetalle, die sie zum Leuchten bringen.

Vorkommen

Abbau von Seltenen Erden in China

Die größten bekannten Vorkommen liegen in China, genauer gesagt in der Inneren Mongolei, die als autonomes Gebiet zur Volksrepublik China gehört. Bis zu 97 Prozent der Seltenen Erden werden dort gefördert. Dabei verfügt China nach Schätzungen nur über ein knappes Drittel der weltweiten Ressourcen.

Vorräte befinden sich auch in den USA, in Kanada, Brasilien, Australien, Indien, Malaysia, Vietnam, Russland, Kasachstan, Aserbaidschan und Schweden. Gerade wird außerdem über eine Förderung in Mitteleuropa nachgedacht: in Storkwitz in Sachsen.

Entstehung & Abbau

Die wirtschaftlich interessanten Vererzungen, in denen die Seltenen Erden stecken, wurden vor vielen Jahrmillionen aus dem Erdmantel nach oben gedrückt. Diese gashaltige Schmelze ist an wenigen Stellen bis knapp unter die Erdoberfläche vorgedrungen und erstarrt. So, als hätte jemand eine Flasche Sekt geöffnet und den heraussprudelnden Inhalt sofort eingefroren. Rund 200 Meter unter dem Boden ist dieser dünne Schlot dann stecken geblieben.

Und das ist auch in Storkwitz genau das Problem daran: "Wir sprechen von einem Durchmesser von wenigen zehn Metern. Das verbreitert sich in der Tiefe vielleicht so auf 100 bis 200 Meter. Wenn man sich so einen Körper vorstellt, der Hunderte von Metern in die Tiefe reicht, dann stellt das schon ganz schöne Anforderungen an einen späteren Abbau dar", erklärt Uwe Lehmann, der am Sächsischen Geologischen Landesamt zuständig ist für die Rohstoffgeologie. Dabei müsse man nicht nur die Gebirgsstabilität berücksichtigen, sondern auch mögliche Wasserzuflüsse rechtzeitig unterbinden.

Bei einer späteren Förderung würde man neben dem Schlot einen Schacht graben und die Erze über waagerechte Stollen herausholen.

Monopol in China - noch

Wirklich selten sind die Seltenerdmetalle nicht - eigentlich kommen sie überall vor, allerdings in kleinen Mengen. Größere, wirtschaftlich rentable Lagerstätten sind tatsächlich spärlich gesät. Bis zu 97 Prozent der Seltenerdmetalle kommen derzeit aus China.

Da sie billig aus China zu bekommen waren, hatten andere Länder seit den 1990er-Jahren die nicht so einfache und häufig umweltschädliche Förderung zurückgefahren. Auflagen wurden häufig missachtet, beim Abbau mit Säuren, die die Metalle aus den Bohrlöchern waschen, entstanden Abfallprodukte und giftige Abwässer, die das Grundwasser verschmutzten. Nach Jahren der Ausbeutung trat China 2010 auf die Bremse und schränkte den Export ein: Das Land will Umweltschäden verringern und eine exzessive Förderung verhindern - das treibt die Preise nach oben. So günstig wie früher werden die Spezialrohstoffe nicht mehr zu bekommen sein.

Wertvolle Metalle effizienter recyceln

Das UN-Umweltprogramm Unep ruft dazu auf, die wertvollen Metalle aus Smartphones, Computern und Solarpanels besser zu recyceln. Jeder Mensch produziert drei bis sieben Kilogramm Elektroschrott pro Jahr. Da die Bevölkerung in Entwicklungsländern die Technologien und den Lebensstil der OECD-Staaten übernimmt, wird der Bedarf noch deutlich steigen. So solle bereits bei der Herstellung an die Wiederverwertung gedacht werden, fordern die UN-Experten. Und das Produkt im Ganzen recycelt werden und nicht nur seine Rohstoffe.

Schätze aus Elektroschrott

Uni-Projekt

Seltener Rohstoff - Wismut-Kristall | Bild: picture-alliance/dpa zum Artikel Uni Erlangen Seltene Erden aus Motoren

Zukünftig sollen wertvolle Metalle aus Motoren von Elektro- und Hybridfahrzeugen wiederverwendet werden. Die Universität Erlangen-Nürnberg hat ein entsprechendes Forschungsprojekt vorgestellt. Ziel ist mehr Umweltschutz und weniger Abhängigkeit von China. [mehr]

Eine alternative Quelle für die begehrten Rohstoffe wäre Recycling: Allein in Deutschland liegen vermutlich 80 Millionen alte Mobiltelefone in Schubladen und Schränken herum. Auch in Computern, Monitoren, Fernsehern und anderer Elektronik verbergen sich die wertvollen Metalle. Allerdings gibt es noch kein ausgereiftes Verfahren, um die Seltenen Erden in großem Stil zurückzugewinnen. Vermutlich dauert es noch fünf bis zehn Jahre, bis die Technik soweit ist. Dann könnten aber in Deutschland 100 bis 500 Tonnen zurückgewonnen werden. Ein relativ kleine Menge, die die Nachfrage aber trotzdem etwas entspannen würde.

60 Millionen für Forschungsprojekt

Im September 2013 hat die Bundesregierung für ein neues Forschungsprojekt, das bis 2018 laufen soll, 60 Millionen Euro bewilligt. Ziel des Projekts ist es, vor allem Verfahren zur Gewinnung, Aufbereitung und insbesondere zum Recycling von nichtenergetischen mineralischen Rohstoffen zu entwickeln. Damit will die Regierung verhindern, dass Deutschland in Sachen Seltene Erden weiterhin komplett auf den Import High-Tech-Rohstoffe angewiesen ist.

Bayerns Boden wird unter die Lupe genommen

Der steigende Preis für Seltene Erden macht kleinere Funde der Rohstoffe interessanter - und die könnte es auch in Bayern geben. Deswegen schickt jetzt das Bayerische Landesamt für Umwelt seine Mineralogen auf Schatzsuche: In den Abraumhalden ehemaliger Kies-, Sand- und Gipswerke werden große Vorkommen der Seltenerdmetalle vermutet. Auch in alten Granit- und Gneisbergwerken sind manche der Metalle nachweisbar, insbesondere Quarze, die zur Beschichtung von Solarzellen benötigt werden. Ein zweites China wird Bayern in puncto Seltene Erden wohl nicht werden, doch für den lokalen Gebrauch zur Herstellung von Solarzellen, Computer-Chips und LEDs könnte das bayerische Vorkommen reichen, hofft der Mineraloge Elmar Lienhardt vom Landesamt vom Umwelt.

Suche in Sachsen

Auch in anderen Ländern hat man inzwischen größere Vorkommen an Seltenerdmetallen entdeckt. Wann und wie sie dort abgebaut werden, ist allerdings noch offen. In Nordsachsen hofft die kleine Gemeinde Storkwitz im Kreis Delitzsch, die einzig wirtschaftlich nutzbare Seltene-Erden-Lagerstätte Mitteleuropas zu werden.

Der Schatz von Storkwitz

Storkwitz - mögliches Abbaugebiet?

Bohrkerne müssen genau untersucht werden.

In Storkwitz, nordwestlich von Leipzig, schlummern unter anderem Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Europium und Yttrium. Entdeckt wurden die Bodenschätze zufällig bei Uranbohrungen zu DDR-Zeiten. In den 1970er-Jahren wurde das Vorkommen auf rund 136.000 Tonnen geschätzt. Mittlerweile geht man von rund 42.000 Tonnen Erzen der Seltenen Erden aus. Das klingt nach viel, doch die Metalle selbst machen davon nur ein halbes Prozent aus. Das Vorkommen könnte deshalb nur einen kleinen Beitrag zur Rohstoffversorgung Deutschlands leisten. Import-Engpässe würden dadurch nicht beseitigt.

Jens Gutzmer, Professor für Lagerstättenlehre und Petrologie an der TU Freiberg, sagt dazu: "Es macht sicherlich Sinn, das Potenzial unter Storkwitz zu erkunden, aber bisher scheint das ein eher sehr kleiner Rohstoffkörper zu sein, der gerade mal ein bis zehn Prozent der durchschnittlichen Lagergröße ausmacht." Gutzmer weist außerdem darauf hin, dass derzeit weltweit 400 Erkundungsbohrungen zu Seltenen Erden durchgeführt werden. Doris Schüler, Rohstoffexpertin am Darmstädter Öko-Institut, spricht noch einen anderen Aspekt an: "Deutschland ist ja recht dicht besiedelt - und das gilt auch für die Umgebung von Leipzig. Das muss die Bevölkerung auch mitmachen."


22