Seltene Erden Kritische Lage bei seltenen Erden entspannt sich

Autor / Redakteur: Thomas Isenburg / Stéphane Itasse

Sie werden nur in allerkleinsten Mengen gebraucht, aber fast überall. Und sie sind nur schwer oder bisher gar nicht zu ersetzen: Seltenerdmetalle, deren Namen man einzeln kaum gehört hat, wurden zeitweise knapp und damit zu einem Problem für die Industrie. Jetzt entspannt sich die Situation, aber nur langsam.

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Zerkleinerte Platinen sind eine mögliche Lagerstätte für die wertvollen Metalle. Wissenschaftler suchen einen Weg, diese zu nutzen.
Zerkleinerte Platinen sind eine mögliche Lagerstätte für die wertvollen Metalle. Wissenschaftler suchen einen Weg, diese zu nutzen.
(Bild: Prof. Kerstin Kuchta, UHH - TU Hamburg-Harburg)

Dieser Beitrag erschien erstmals im Oktober 2012 in der Fachzeitschrift „Nachhaltige Produktion“ und auf www.maschinenmarkt.de

Ein zentrales Bedürfnis der Industrie ist sicher der Planungshorizont bei der Energie. Daneben nutzen beinahe alle industriell gefertigten Produkte die mit seltenen Erden bezeichneten Metalle Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium.

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Zum Beispiel können Beimischungen aus Neodym die mögliche ferromagnetische Wirkung des Eisens verstärken. Verwendung finden diese Neodym-Eisen-Bor-Dauermagnete in Elektromotoren und Generatoren. Diese Komponenten sind dann Bauteile von Windkraftanlagen und Kfz-Hybridmotoren.

Abbau der seltenen Erden konzentriert sich in China

In Röhren- und Plasmabildschirmen ist Europium für die Rotkomponenten eingebaut. Daneben existieren zahlreiche weitere Anwendungen in Hightechprodukten wie Smartphones. Der Anteil der seltenen Erden an der festen Erdrinde wird auf 0,01 bis 0,02 % geschätzt. Um diesen Bestandteil unseres wunderbaren blauen Planeten gibt es nun Gerangel. So wurden 97 % der Weltproduktion dieser Elemente im Jahr 2010 in China gewonnen. Bis in die 90er Jahre waren die USA das Hauptförderland.

„Im Grunde hat der Rest der Welt die Förderung seltener Erden vor zehn Jahren aufgegeben“, sagt Ian Chalmers, Geschäftsführer der australischen Bergbaugesellschaft Alkane Resources. Damit hat China das Monopol auf Schlüsselrohstoffe. Dieses hat weltwirtschaftliche Bedeutung.

China besitzt große Vorkommen der seltenen Erden

Die Ausgangslage: In China befinden sich große Vorkommen der seltenen Erden. So werden die Vorräte der begehrten Metalle dort auf 66,55 Mio. t prognostiziert. Außerhalb Asiens befinden sich in Kanada, Brasilien und Westaustralien größere Lagerstätten. Daneben gibt es diesen Bodenschatz in Grönland, wo die Abbaumöglichkeit zur Zeit untersucht wird.

Auch in Deutschland finden sich Vorkommen. Sie wurden in Stockwitz nahe Sachsen erkundet. Dieser Vorrat wird auf 41 t der für die Hightechindustrie wichtigen Metalle geschätzt. Die Förderung dieser Elemente gestaltet sich komplex, da die Metalle nur in sehr kleinen Mengen vorkommen. Zusätzlich vermischen sich andere Mineralien mit den Hightechmetallen. In den Minen werden sie daher zunächst mit Baggern aus dem Boden gefördert. Dann waschen Säuren sie aus dem Erdreich. Zurück bleiben zusätzlich auch die radioaktiven Elemente Thorium und Uran. Diese sorgen für Umweltprobleme. Eine abschließende Reinigung erfolgt mit einer Schmelzflusselektrolyse.

Hunger nach seltenen Erden steigt immer weiter

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich der Hunger der Hightechschmieden nach diesen Metallen erheblich gesteigert. Lag der weltweite Verbrauch der seltenen Erden 1980 noch bei 40.000 t und waren es 2007 rund 90.000 t, dann sind für 2012 rund 130.000 t prognostiziert. Jedoch weichen die Ergebnisse unterschiedlicher Studien voneinander ab. China dominierte bislang den Markt. Dabei sollen die Asiaten 2010 95 % dieser Elemente für den Weltmarkt geliefert haben. Zwei Drittel der Produktion verbrauchte man im eigenen Land.

Seltene Erden erleben teilweise drastische Preisanstiege

Begleitet wurde diese Entwicklung von einem drastischen Preisanstieg für diese Metalle. So betrug der Preis für Neodymoxid 2008 noch 27 US-Dollar pro Kilogramm, im Juni diesen Jahres bereits 165 Dollar. In dieser Situation taktieren die Chinesen. Zu Beginn des Jahres 2011 senkte das Land seine Exportmenge zum wiederholten Male. Die USA erhöhten die Ausfuhrzölle 2012. Ferner drohten sie an, die Volksrepublik China notfalls vor der Welthandelsorganisation (WTO) zu verklagen.

Bis in die 90er Jahre waren die USA das Hauptförderland. Die Förderung wurde jedoch wegen der niedrigeren Kosten für die Gewinnung der Metalle in China unrentabel. Ferner entzogen die kalifornischen Umweltbehörden dem Betreiber die Abwasserentsorgungsgenehmigung. Im April diesen Jahres gründete die Volksrepublik China einen Wirtschaftsverband für seltene Erden.

Der Verband werde den Abbau und die Verarbeitung der Rohstoffe koordinieren und „einen vernünftigen Preismechanismus“ entwickeln, teilte das Ministerium für Industrie- und Informationstechnologie in China mit. Kritiker sehen in der Verbandsgründung den Versuch, den Sektor noch stärker zu kontrollieren.

Neodymoxid noch nicht substituierbar

Prof. Dr.-Ing. Kerstin Kuchta lehrt an der TU Hamburg-Harburg und meint zu der Problematik: „Gerade die Aufbereitung dieser Elemente ist sehr aufwendig und beim Lagerplatz in Australien ist die Gewinnung noch unklar.“ Zu den Anwendungen bemerkt Kuchta, dass gerade bei den Generatoren der Windenergie dramatische Mengen verwendet werden. Kuchta sieht bei wesentlichen Anwendungen noch keine Substitutionsmöglichkeiten. Bei reinen Eisenmagneten sind die Werkstücke mit der gleichen Magnetwirkung dann wesentlich größer.

Dieses führt zu entsprechend größeren Elektromotoren. Wenn infolge der Energiewende in Deutschland weitere Offshore-Windkraftanlagen in den Betrieb gehen, wird der Bedarf an seltenen Erden in den Himmel schießen. Dabei kann dieser Preisanstieg dramatisch für eine Erfolgsbranche wie die Elektronikindustrie verlaufen. Zu den Auswirkungen befragt, führt die Professorin das Beispiel Handy an.

Werden dort bislang Edelmetalle und seltene Erden im Wert von 2 Euro verbraucht, sind es dann eben 10 Euro pro Gerät. Dabei prognostiziert Kuchta eine Wettbewerbssituation zwischen Medizintechnik, Homeelektronik, Hybridantrieben sowie erneuerbaren Energien. An dem Recycling der Metalle wird zurzeit weltweit intensiv gearbeitet. Jedoch ist hier ein Problem die große Verdünnung der Metalle in der Werkstoffmatrix.

Nico Geisler, Leiter des Einkaufes Pre-Materials BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, berichtet: „Seltene Erden sind bei BSH in der Motoren- und Pumpenproduktion für Waschgeräte und Geschirrspüler sowie in der Herdfertigung, zum Beispiel die Emaillierung der Backröhren mit Cerium.“

Einkäufer suchen nach alternativen Metallen

Der Einkäufer sagt weiter, dass aufgrund der starken Preissteigerungen im Jahr 2011 und des vor allem von China dominierten Beschaffungsmarktes die BSH Strategien und Maßnahmen eingeleitet hat, um den Einsatz von seltenen Erden zu reduzieren oder komplett darauf zu verzichten. Im Bereich der Motoren und Pumpen wird an einer möglichst vollständigen Substitution dieser Elemente gearbeitet. Z

iel ist die 100-prozentige Substitution der Seltenenerdemagnete durch Ferritmagnete. Im Bereich der Backröhren arbeitet das Unternehmen daran, den Einsatz von seltenen Erden deutlich zu reduzieren; völlig verzichten wird man darauf allerdings aus designtechnischen Gründen nicht können, so Geisler abschließend.

Hybrid- und Elektrofahrzeuge fahren nicht ohne seltene Erden

Auch in der Automobilindustrie wird das Thema intensiv beobachtet. Hierzu sagt Peter Weisheit, bei der Volkswagen AG für Kommunikation zuständig: „In konventionellen Fahrzeugen werden die seltenen Erden bisher nur in geringen Mengen für die Herstellung von Katalysatoren, Bremssystemen oder Glasscheiben eingesetzt.“ Im Automobilbau bilden die seltenen Erden jedoch einen elementaren Baustein beim Einsatz bestimmter Technologien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen.

Neodym, einer dieser Rohstoffe, wird maßgeblich bei den sogenannten permanenterregten Elektromotoren für die dort verwendeten Magnete genutzt. Gleichwohl besteht beispielsweise die Möglichkeit, zukünftig bei Elektromotoren auf Permanentmagnete zu verzichten und andere Bauformen wie fremderregte Synchronmotoren einzusetzen.

Volkswagen beobachtet das Marktumfeld und die Marktentwicklung bei seltenen Erden mit großer Aufmerksamkeit, um im Bedarfsfall frühzeitig reagieren zu können. „Sollte es aus geopolitischen Gründen zu einer Verknappung kommen, sehen wir in anderen Rohstoffquellen, zum Beispiel in Form neuer Bergwerksprojekte in Vietnam und Australien, Möglichkeiten zur Kompensation“, meint Weisheit abschließend.

Neue Bergwerke sollten in Kürze die Versorgung verbessern

Dr. Harald Elsner ist Wirtschaftsgeologe bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover und erwartet: „In Kürze sollen zwei Bergwerke außerhalb Chinas in Produktion gehen.“ So wurde in Australien durch das Unternehmen Lynas am Mount Weld die Förderung aufgenommen – die Verarbeitung des Erzes zu seltenen Erden soll aber in Malaysia geschehen. Daneben aktivierte das Unternehmen Molycorp am Mountain Pass in Kalifornien die Gewinnung der begehrten Elemente.

Dabei werden jedoch nur die leichten seltenen Erden wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium und Europium gefördert. Daraufhin konsolidierten die Chinesen den Markt und die Umweltschutzbedingungen sollen eingehalten werden, so der Geologe. Auch gehen die Chinesen gegen den illegalen Abbau vor. Bislang werden 20 bis 40 % der geförderten Menge aus China herausgeschmuggelt, wohl vornehmlich nach Japan. Der Preis der seltenen Erden fällt. Bei dem Thema ist also für weitere Brisanz gesorgt.

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