Rohstoffe Was sind Seltene Erden?

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Dieser Beitrag beantwortet folgende Fragen: Was sind Seltene Erden? Wo werden Seltene Erden abgebaut? Für welche Produkte werden seltene Erden benötigt? Warum sollte man Seltene Erden recyclen?

Sie stecken in Smartphones, Notebooks, LED-Leuchten, Elektromotoren und in vielen weiteren Hightech-Produkten – die Rede ist von Seltenen Erden. Ohne diese besonderen Metalle würden diese Produkte nicht funktionieren. Diese wertvollen Rohstoffe werden zwar nur in jeweils kleinen Mengen benötigt, ähnlich wie Gewürze beim Kochen. Doch genau diese Prise ist ausreichend, um Smartphone & Co. zum Laufen zu bringen.

Doch was sind Seltene Erden überhaupt? Der Name ist eher missverständlich, denn so selten kommen diese Metalle gar nicht vor, manche kommen sogar häufiger vor als Kupfer oder Blei.

Ihr Name hat eher einen geschichtlichen Hintergrund, der weit in die Anfänge ihrer Gewinnung reicht. Früher ging man davon aus, dass die Metalle dieser Gruppe sehr selten seien – daher die Bezeichnung Selten. Erden, da Seltene Erden früher nur als Oxide aus bestimmten Mineralien gewonnen wurden. Erden ist daher nur eine ältere Bezeichnung für Oxide. Die ersten dieser Metalle wurden Ende des 18. Jahrhunderts in Schweden entdeckt.

Welche Seltenen Erden gibt es?

Grundsätzlich kommen Seltene Erden nie alleine vor, sondern stets im Verbund miteinander. Die Seltenen Erden bestehen aus den chemischen Elementen der 3. Gruppe des Periodensystems: Scandium (Ordnungszahl 21), Yttrium (39), Lanthan (5), sowie die 14 auf das Lanthan folgenden Elemente, die Lanthanoide. Diese lassen sich grob in Ceriterden (Ordnungszahl 58-64) und Yttererden (Ordnungszahlen 65-71) unterteilen. Zu den Lanthanoiden zählen:

• Cer (58)

• Praseodym (59)

• Neodym (60)

• Promethium (61)

• Samarium (62)

• Europium (63)

• Gadolinium (64)

• Terbium (65)

• Dysprosium (66)

• Holmium (67)

• Erbium (68)

• Thulium (69)

• Ytterbium (70)

• Lutetium (71)

Die 17 Seltenen Erden werden nochmals in leichte und schwere Seltene Erden unterteilt: Etwa 95 Prozent des Vorkommens an Seltenen Erden entfallen auf die vier leichten Metalle: Cer, Lanthan, Neodym und Praseodym. Demnach liegt der Anteil der 13 schweren Seltenen Erden Dysprosium, Erbium, Europium, Gadolinium, Holmium, Lutetium, Promethium, Samarium, Scandium, Terbium, Thulium, Ytterbium und Yttrium bei nicht einmal fünf Prozent.

In welchen Bereichen die 17 Seltenen Erden eingesetzt werden, zeigt folgende Bildergalerie:

Bildergalerie

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Welche Eigenschaften haben Seltene Erden?

Seltene Erden sind silberfarbene, an der Luft schnell anlaufende und relativ weiche Metalle. Sie sind stark elektropositiv, reaktionsfähig und haben eine geringe Leitfähigkeit. Reagieren sie mit Wasser und verdünnten Säuren bilden sich Wasserstoff. Beim Entzünden an der Luft verbrennen sie zu La₂O₃. Terbium und Ytterbium sind in fein verteiltem Zustand sogar pyrophor, das heißt, sie entzünden sich selbst.

Warum seltene Erden so wichtig sind

Seltene Erden werden in sehr vielen Industriezweigen benötigt. Zum wichtigsten Einsatzgebiet zählen leistungsstarke Dauermagnete. Sie kommen ebenso in großen Anlagen wie Windkraftturbinen als auch in Kopfhörern vor. So stecken beispielsweise in Elektromotoren die stärksten Magnete. Sie bestehen aus einem Neodym-Eisen-Bor-Gemisch. Der Anteil von Neodym liegt bei 20 Prozent. In einem Hybridfahrzeug können bis zu 20 Kilogramm der Elementen Erden stecken. Neben Motor befinden sich diese auch in anderen Bauteilen wie LED-Leuchten oder im Lack.

In Windkraftanlagen werden in die Elektromotoren etwa eine Tonne Neodym-Bor-Eisen pro Megawatt eingebaut. Wesentlich kleiner sind die Supermagneten, die in Festplattenlaufwerken stecken. Erst durch ihre hohe Energiedichte konnten Handys überhaupt erst so klein werden. Indium lässt erst Touchscreens von Smartphones und Tablets richtig funktionieren.

Zündkerzen in Autos enthalten eine Yttrium-Legierung, die ihre Lebensdauer verlängert und den Benzinverbrauch senkt. Cer lässt Autolacke und Scheiben nicht so schnell verkratzen und macht Oberflächen widerstandsfähiger. Europium und Yttriumbringen Glühbirnen, LEDs, Plasmabildschirme, Neonröhren und Dioden zum Leuchten.Scandium wird für die gleißend helle Beleuchtung von Fußballstadien benötigt. Erbium, Ytterbium und im kleineren Umfang auch Dysprosium finden in Lasern Anwendung. Erbium spielt zudem bei Glasfaserkabeln eine Rolle.

In der Medizin finden sich ebenfalls einige Seltenen Erden. Scandium taucht in der Röntgentechnik auf, Gandalinium wird als Kontrastmittel in der Kernspintomographie verwendet.

Aber auch darüber hinaus finden sich zahlreiche Anwendungen Seltener Erden. Praseodym verbessert beispielsweise die UV-Absorption und wird für Augenschutzgläser, wie Schweißbrillen, benutzt. Neodym sorgt in Legierungen mit Magnesium für hochfeste Metalle im Flugzeugmotorenbau. Terbium wird bei der Herstellung von Halbleitern verwendet und dient als Aktivator für fluoreszierende Leuchtstoffe. Zusammen mit Zirkondioxid wird es als Stabilisator von Hochtemperatur-Brennstoffzellen eingesetzt.

Materialversorgung

Thyssenkrupp weitet weltweiten Vertrieb mit Seltenen Erden aus

Einen Sachstand des Deutschen Bundestags zum Thema „Seltene Erden als wichtige Ressource“ finden Sie hier: https://www.bundestag.de/resource/blob/886424/16cb4318a6eaf7b2e5d2221d85e81927/WD-5-003-22-pdf-data.pdf.

Wo werden seltene Erden abgebaut?

Die European Raw Materials Alliance (ERMA) schätzt den weltweiten Bedarf an Seltenerdmagneten allein für den Bau von Elektrofahrzeugen bis 2030 auf jährlich bis zu 70.000 Tonnen; im Jahr 2019 lag der Bedarf noch bei 5000 Tonnen. Dazu kommen mehr als 100.000 Tonnen, die dann jedes Jahr für erneuerbare Energien, Werkzeugmaschinen oder Roboter gebraucht werden – allesamt Branchen, in denen Unternehmen aus der EU zu den führenden Herstellern zählen.

China Market Insider

China fusioniert sich Giganten für seltene Erden

Das Problem: Nach Angaben des Instituts der deutschen Wirtschaft stammen fast 90 Prozent der globalen Produktion an Seltenen Erden aus China (Stand 2019). Das bedeutet, die EU ist fast vollständig auf Importe angewiesen. Dabei verfügt China nach Schätzungen nur über etwa ein Drittel der weltweiten Ressourcen. Vorräte befinden sich auch in den USA, in Kanada, Brasilien, Australien, Indien, Malaysia, Vietnam, Russland, Kassachstan, Aserbaidschan und Schweden. Das größte bekannte Vorkommen an schweren Seltenen Erden befindet sich in Kringlerne im Süden Grönlands.

Seltene Erden steckt auch in deutscher Erde

In Deutschland sind Seltene Erden die Ausnahme. Im sächsischen Storkwitz, nordwestlich von Leipzig wurden zu DDR-Zeiten bei Uranbohrungen zufällig die Bodenschätze entdeckt, darunter Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Europium und Yttrium. 2012 erfolgten weitere Probebohrungen: hier ging man von etwa 20.000 Tonnen Erzen mit Seltenen Erden aus. Allerdings lag der Gehalt an den gesuchten Metallen im Erz bei weniger als einem halben Prozent. Die Schlussfolgerung: Eine Förderung lohnt sich nicht.

Eine weitere Fundstädte dieser Seltenen Erden liegt im Absatzbecken eines ehemaligen Erzbergwerks im Harz. Hier stöberten die Forscher der TU Clausthal bis zu 50 Tonnen Indium, 200 Tonnen Gallium und 1300 Tonnen Kobalt im Schlamm der Seen am Rammelsberg auf. In den winzigen Partikeln, weniger als 50 Mikrometer groß, kommen aber auch andere Werkstoffe, darunter seltene Erden, vor.

Auch der feine Ostseesand steckt voll von Seltenen Erden. Jedes Jahr holen Bagger rund 500.000 Tonnen feinen Schlick aus der Ostsee, damit die Strände schön bleiben. In einigen Sanden ist Zirkon enthalten. Dieses Material wird vor allem von Gießereien und Glasfabriken benötigt. Darin sind die seltenen Erden eingebettet. Das Unternehmen Geos aus dem sächsischen Halsbrücke entwickelt derzeit ein biologisches Verfahren, mit dem der Rohstoff aus dem Seesand gewonnen werden kann.

Weitere Informationen zu Seltenen Erden in Deutschland bietet die Deutsche Rohstoffagentur unter https://www.bgr.bund.de/DERA/DE/Aktuelles/rohstoff_seltene_erden.html.

Warum sollte man Seltene Erden recyceln?

Müll- und Schrottplätze wären eine Förderstätte für Seltene Erden: 53,6 Millionen Tonnen Elektroschrott, darunter Smartphones und Computer, landen pro Jahr auf dem Müll. Das entspricht laut Global E-Waste Monitor 7,3 Kilogramm pro Person weltweit. In Deutschland liegt dieser Wert sogar bei 20 Kilogramm pro Kopf. Allerdings werden nur 43 Prozent davon fachgerecht entsorgt.

Dennoch ist es schwierig, aus den technischen Geräten die begehrten Rohstoffe wiederzugewinnen. Hierzu braucht es spezielle Verfahren. Derzeit werden Smartphones mühevoll per Hand demontiert, um die Werkstoffe zu recyceln. Seit 2011 erforscht das Helmholtz-Institut-Freiberg für Ressourcentechnologie deshalb, wertvolle Rohstoffe wie die Seltenen Erden besser zu nutzen, zu recyceln oder am besten erst gar nicht zu verwenden.

Langzeit-Lieferkettenproblem

Lieferengpässe noch bis mindestens Mitte 2023 befürchtet!

Investiotionsmöglichkeiten für Seltene Erden in Europa

Laut ERMA könnte beispielsweise in Skandinavien die Erze gewonnen und in Polen oder Estland die Materialien aufbereitet werden. Belgien und Frankreich bieten gute Voraussetzung für das Recycling und Deutschland oder Slowenien wären demnach geeignete Standorte für die Produktion von Magneten. Auch in die Forschung und Entwicklung sollte laut ERMA investiert werden, z.B. in effizientere Aufbereitungstechnologien, neue Magnetmaterialien, in die additive Fertigung von Permanentmagneten, in Recyclingstechnologien oder in die Entwicklung energieeffizienterer Motordesigns.

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