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Rohstoff des Monats: Seltene Erden

Der Rohstoff des Monats: Neodym
Seltene Erden, oft gebraucht

Seltene Erden sind weder selten noch Erden. Es handelt sich vielmehr um Metalloxide, von denen manche öfter vorkommen als Kupfer oder Blei. Sie werden vor allem in China gefördert – wobei die bekannten Reserven weltweit verteilt sind.

Metalloxide bezeichnete man Ende des 18. Jahrhunderts als „Erden“. Und weil manche von (damals) seltenen Mineralien stammten, nannte man diese einfach „Seltene Erden“. Heute wird von Fachleuten der korrekte Sammelbegriff „Seltene Erdenoxide“, kurz SEO, verwendet. Zu den SEO zählen insgesamt 17 Metalle, von denen 16 natürlich vorkommen. Am häufigsten ist Cer, am seltensten das radioaktive Promethium, welches erst 1947 isoliert werden konnte. Zusammengezählt rangieren alle SEO auf Platz 22 der am häufigsten vorkommenden Elemente – noch vor Nickel und Kobalt.

SEO-haltiges Erz findet sich häufig in der Erdkruste. Wirtschaftlich rentable Lagerstätten mit mindestens einem Prozent Erzkonzentration sind allerdings dünn gesät und liegen hauptsächlich in China (82 % der Weltproduktion) und Australien (15 %). Allein im Land der Mitte wurden 2019 laut offiziellen Angaben 132.000 t SEO abgebaut. Die verfügbaren Reserven belaufen sich nach Schätzungen des USGS auf 29 Mio. t, die Ressourcen auf 336 Mio. t. Den Löwenanteil davon besitzt China, gefolgt von Brasilien, Vietnam und Russland. Die bekannten Ressourcen reichen bei einem Verbrauch auf 2017er-Niveau für die nächsten 2000 Jahre.

Der SEO-Schock

Nachdem sie lange Zeit preisgünstig aus Fernost kamen, haben andere Länder ab den 1990er-Jahren die oft umweltschädliche Förderung zurückgefahren. 2011 hat China dann überraschend seine Exportmengen drastisch eingeschränkt. Die Gründe lagen vor allem in steigenden Umweltschutzauf-lagen und einem erhöhten Eigenbedarf. Die Folgen waren heftige Preissprünge von bis zu 1000 Prozent für einzelne SEO. Unmittelbar darauf wurden rund um den Globus bereits stillgelegte Minen wieder in Betrieb genommen. Dank der neuen Marktteilnehmer sowie einer forcierten Substitution der SEO hat sich der Markt inzwischen aber wieder auf dem langjährigen Vorkrisen-Niveau eingependelt.

Eine Materialanalyse moderner Fahrzeuge demonstriert die universellen Verwendungsbereiche der SEO: So verbessert Lanthan beispielsweise die Speicherkapazität von Fahrzeug-Akkus. Neodym-Magnete treiben Elektromotoren und Lautsprecher an, Yttrium steckt in Sensoren, die den Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs messen und steuern. Ceroxid reduziert im Dreiwegekatalysator Stickoxide zu Stickstoffgas und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Yttrium, Europium und Terbium sorgen in optischen Displays für farbige Informationen, Windschutzscheibe und Spiegel werden mit Cer poliert. Und selbst der Kraftstoff im Tank wurde mit Krackkatalysatoren raffiniert, die unter anderem Lanthan und Cer enthalten.

Eher häufige Erden

Jenseits von Fahrzeugen finden sich SEO heute in nahezu allen technischen Bereichen: in Handys und Plasmabildschirmen, in Energiesparlampen und Festplatten, in künstlichen Gelenken und Windkraftturbinen. Am häufigsten werden sie aber in der Automobilindustrie eingesetzt: So erhöht Cer die Reaktivität von Rhodium, welches in Katalysatoren für die Senkung des Stickoxidwerts sorgt. Yttrium wiederum macht Keramik so widerstandsfähig, dass diese in Lambdasonden eingesetzt werden kann. Yttrium steigert darüber hinaus die Effizienz des Elektrolyts in Brennstoffzellen um ein Vielfaches. Dadurch kann die Betriebstemperatur der Zellen von 1000 auf rund 750° C abgesenkt werden, was wiederum die Betriebssicherheit erhöht und den Einsatz wirtschaftlicher Materialien für das Gehäuse ermöglicht.

Substitution senkt den Verbrauch

Weitere 18 Prozent der weltweit geschürften SEO nutzt die Stahl- und Aluminiumindustrie in Legierungen: zum Beispiel für Aluminiumleichtbau in der Luftfahrt und bei der Produktion von Sportgeräten. Nochmals jeweils zehn Prozent verbrauchen die Glasindustrie sowie die Hersteller von Leuchtkörpern. Obwohl Neodym das wohl bekannteste Element aus der SEO-Gruppe ist, macht es insgesamt nur 20 Prozent der weltweiten Förderung aus.

Mit der Erfahrung der Abhängigkeit vom chinesischen Markt und den damit verbundenen volatilen Preisen sowie gemäß der Forderung nach mehr Umweltschutz arbeiten inzwischen alle Hersteller mit Hochdruck an einer Substituierung der unterschiedlichen SEO. So haben SEO-freie Lithium-Ionen-Batterien inzwischen lanthanhaltige Nickel-Metallhydrid-Akkus ersetzt.

Recycling spielt noch keine große Rolle im Beschaffungsmarkt, die Quote liegt bei unter einem Prozent. Recyling rechnet sich bisher nur bei Industriemagneten, die bis zu 30 Prozent SEO-Gewichtsanteile besitzen. Recycling von Unterhaltungselektronik findet bislang erst testweise in Pilotanlagen statt. Das soll sich nach EU-Plänen langfristig ändern. Erste Resultate sind vielversprechend: Trotz geringer Einzelmengen kann sich das gleichzeitige Recycling von Seltenen Erden und anderen wertvollen Elementen wie Silber, Gold und Platin mit ausgefeilten Verfahren durchaus lohnen.

Die Alternative zur Mine: Urban Mining

Auf der Suche nach alternativen Rohstoffquellen wurden Chemiker unerwartet im Absetzbecken eines schon stillgelegten Erzbergwerks im Harz fündig. Im Schlamm sollen dort 50 t Indium, 200 t Gallium, 1300 t Kobalt und eine noch nicht quantifizierte Menge an Seltenen Erden auf die Wieder-förderung warten.

In deutschen Krankenhausabwässern sind bereits 50 mg/l Gadolinium gemessen worden. Das Element wurde vorher als Kontrastmittel für MRT-Aufnahmen in die Venen von Patienten gespritzt. Bei einem Weltmarktpreis von 23 Euro/kg kann die Sickergrube so zur Goldgrube werden.


Michael Grupp, freier Journalist in Stuttgart

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