Bayern 2 - IQ - Wissenschaft und Forschung


59

Seltene Erden Gefragte Metalle für moderne Technologien

Seltene Erden sind besondere Metalle. Ohne sie gäbe es keine Smartphones, keine Elektroautos und viele andere technische Geräte auch nicht. Hauptlieferant ist nach wie vor China, trotz jahrelanger Suche nach Alternativen. Knapp werden die Seltenen Erden nicht, problematisch aber bleiben sie.

Stand: 15.02.2019

Metall Kobalt | Bild: dapd

Smartphones, Notebooks, LED-Leuchten, Elektromotoren - diese und noch viel mehr Hightech-Produkte würden ohne Seltene Erden 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" (Seltenerdmetalle) 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, manche sogar häufiger als Kupfer oder Blei. 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.

Pro Jahr werden weltweit zwischen 120.000 und 200.000 Tonnen Seltene Erden verarbeitet (Stand 2018). Ein Großteil wird in der Glas- und Keramikproduktion verwendet. Auch für die Herstellung von Magneten, beispielsweise für Elektromotoren oder für Generatoren von Windturbinen, werden Seltene Erden verwendet. Auch für Katalysatoren, Metalllegierungen und Batterien oder für die Lampenherstellung werden Seltene Erden gebraucht.

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. Rund 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. Auch in Deutschland sind Seltene Erden zu finden, beispielsweise in Storkwitz in Sachsen. Doch die Vorkommen sind zu gering, als dass der Abbau sich lohnen würde.

Monopol in China - immer noch

Wirklich selten sind die Seltenerdmetalle, oder Selten-Erd-Elemente (SEE), nicht - eigentlich kommen sie überall vor, allerdings in kleinen Mengen. Größere, wirtschaftlich rentable Lagerstätten sind tatsächlich spärlich gesät. Bis zu 97 Prozent der geförderten Seltenerdmetalle kommen nach wie vor aus China.

Da sie billig aus China zu bekommen waren, hatten andere Länder seit den 1990er-Jahren die nicht so einfache und oft 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.

Als China von 2010 bis 2015 seine Exportmengen von Seltenen Erden plötzlich einschränkte, um die umweltschädliche exzessive Förderung zu verringern und die Preise dennoch oben zu halten, war der Schreck zunächst groß: Weltweit begann man mit der Suche nach anderen Vorkommen oder nach technischen Alternativen. Zu Versorgungsengpässen kam es nicht und wird es nach Einschätzung von Experten auch nicht kommen: Weltweit sind genügend Seltene Erden vorhanden und die Nachfrage steigt zwar, aber nicht so stark wie befürchtet.

Recyceln statt fördern

Seltene Erden ließen sich auch auf Müll- oder Schrottplätzen fördern: in Smartphones, Computern und anderen Elektrogeräten. Fast 45 Millionen Tonnen Elektroschrott landen weltweit pro Jahr auf dem Müll, sechs Kilogramm pro Person, mahnte die UNO 2017. Weltweit gesehen, denn in Deutschland liegen wir weit über diesem Schnitt: Über zwanzig Kilogramm Elektroschrott fallen bei uns pro Kopf und Jahr an (Zahlen von 2016). Und rund ein Fünftel des Elektroschrotts wird nicht recycelt.

Auch in Deutschland liegt die Recycling-Quote bei Elektroschrott nur knapp über vierzig Prozent (Stand 2018). Dazu kommen vermutlich noch zig Millionen alter Mobiltelefone, die in Schubladen und Schränken herumliegen. Auch in Computern, Monitoren, Fernsehern und anderer Elektronik verbergen sich die wertvollen Metalle. Landen sie auf dem Müll, sind sie für den Ressourcenkreislauf verloren. Aber selbst auf dem Wertstoffhof sind die Seltenen Erden oft nicht mehr als Müll.

Denn es gibt auch noch kein ausgereiftes Verfahren, um die Seltenen Erden in großem Stil zurückzugewinnen. Die verbauten Mengen seien so gering, dass das Recycling wirtschaftlich nicht rentabel sei, heißt es beim Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, das seit 2011 Möglichkeiten erforscht, wertvolle Rohstoffe wie die Seltenen Erden besser zu nutzen oder zu recyceln. Oder einfach seltener Seltene Erden verwenden zu müssen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert Projekte, die auf effizientere Nutzung oder besseres Recycling solcher Rohstoffe hoffen lassen.

Storkwitz: (zu) Seltene Erden in Deutschland

Suche nach den Seltenen Erden

In Deutschland sind Seltene Erden die Ausnahme. Ein überraschend großes Vorkommen fand man vor Jahren in Sachsen: In Storkwitz, nordwestlich von Leipzig, liegen unter anderem Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Europium und Yttrium im Boden. Entdeckt wurden die Bodenschätze zufällig bei Uranbohrungen zu DDR-Zeiten. In den 1970er-Jahren wurde das Vorkommen auf rund 136.000 Tonnen geschätzt.

Nach Probebohrungen im Jahr 2012 ging man von etwa 20.000 Tonnen Erzen mit Seltenen Erden aus. Doch da der Gehalt an den gesuchten Metallen im Erz bei weniger als einem halben Prozent liegt, wurde nach einigen Jahren klar: Die Förderung lohnt sich nicht. 2015 gab das Unternehmen, das die Erze fördern wollte, die Abbaulizenz wieder zurück.

Seltene Erden im Alltag: Was steckt wo drin?

Lanthan für den scharfen Blick

Die Seltene Erde Lenthan kommt bei Brillen mit besonders dünnen Gläsern und bei Ferngläsern zum Einsatz.

Neodym auf die Ohren

Neodym - diese Seltene Erde sorgt als Magnet für die richtige Leistung und den besseren Bass in Lautsprechern. Herkunft: China. 

Europium für die Mattscheibe

Sollen Flachbildschirme Farbfernsehen ermöglichen, brauchen sie jede Menge Leuchtstoffe. Eine ganze Reihe von Seltenen Erden stecken deswegen hinterm Bildschirm - so zum Beispiel Terbium für grün und Europium für rot. Wenn das fehlt, werden nur schwarz-weiß Bilder übermittelt.

Kobalt im Akku

Ein Smartphone hat gleich alles zusammen: Neodym, das im Vibrationsmotor für Aufmerksamkeit sorgt und Leuchtstoffe für ein brillantes Display liefert. Dazu braucht es Metalle der Seltenen Erden für jeden Displaywischer. Und Kobalt ist notwendig, damit das Smartphone überhaupt läuft - ein ziemlich seltenes Element, das vor allem aus dem Kongo kommt und im Akku steckt.

  • Seltene Erden - Wie können sie besser recycelt werden? IQ - Wissenschaft und Forschung, 12.09.2016 um 18:05 Uhr, Bayern 2
  • Rohstoffe aus dem Meer - Erzabbau am Meeresboden. Alpha Campus Auditorium, 23.12.2015, ARD-alpha
  • Begehrte Rohstoffe - Seltene Erden gibt es wieder im Überfluss. IQ - Wissenschaft und Forschung, 07.01.2015 um 18:05 Uhr, Bayern 2
  • Urban Mining - Rohstoffquelle Müll. Geld & Leben - Das Wirtschaftsmagazin, 24.09.2012 um 21:15 Uhr, BR Fernsehen
  • Seltene Erden. Rundschau-Magazin,  21.06.2012 um 21:15 Uhr, BR Fernsehen
  • Seltene Erden - Mit allen Mitteln aus der Rohstoffklemme. Faszination Wissen, 22.04.2012 um 21:15 Uhr, ARD-alpha

59