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Seltenerdmetalle Wofür und wie wir Seltene Erden gewinnen

Seltene Erden machen unsere Smartphones, LEDs, Elektromotoren und Windkraftanlagen leistungsfähig. Abgebaut werden Seltenerdmetalle vor allem in China. Sind Recycling und europäische Förderstätten eine Alternative?

Stand: 21.05.2024 15:03 Uhr

Smartphones, Notebooks, LED-Leuchten, Elektromotoren - solche und noch viele weitere Produkte würden ohne Seltene Erden nicht funktionieren. Zwar werden die wertvollen Rohstoffe jeweils nur in sehr kleinen Mengen eingesetzt, ähnlich etwa wie kostbare Gewürze beim Kochen, doch genau wie die Gewürze spielen auch die Seltenen Erden eine entscheidende Rolle.

Was sind seltene Erden - und wofür braucht man sie?

Seltene Erden sind Metalle

Seltene Erden werden als Rohstoffe in der Glas- und Keramikproduktion eingesetzt sowie bei technischen Bauteilen.

Die abgekürzte Bezeichnung "Seltene Erden" ist gleich doppelt missverständlich: Eigentlich müssten sie "Metalle der Seltenen Erden" (Seltenerdmetalle) heißen - so selten sind sie aber gar nicht.

Seltene Erden sind relativ weiche Metalle mit einer steinigen bis silbrigen Farbe. Die ersten dieser Metalle wurden Ende des 18. Jahrhunderts in Schweden entdeckt. Sie kommen in seltenen Mineralien vor und wurden in Form ihrer Oxide - Sauerstoffverbindungen, die früher auch "Erden" genannt wurden - isoliert. Daher stammt der Begriff "Seltene Erden".

Grundsätzlich kommen Selteneerdelemente nicht rein als Metalle oder Oxide vor, sondern werden aus Erzen gewonnen und zu Seltenerd-Metallen oder Seltenerd-Oxiden weiterverarbeitet. Die Erze kommen 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.

Hierfür braucht man Seltenerdmetalle

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

2023 lag die weltweite Produktion von Seltenen Erden bei rund 350.000 Tonnen. Ein Großteil wird in der Glas- und Keramikproduktion genutzt. 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.

Seltene Erden für 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 kommt ohne sie aus. Durch ihre hohe Energiedichte konnten die Geräte überhaupt erst so klein werden. Die Touchscreens von Smartphones und Tablets 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, Plasmabildschirme, Neonröhren und Dioden enthalten Seltenerdmetalle, die sie zum Leuchten bringen.
Ein großer Anteil der weltweit abgebauten Seltenerdmetalle kommt zudem in Katalysatoren für Autos und die Erdölraffinerien zum Einsatz. Cer-Oxid erhöht die Aktivität von Rhodium, das in den Katalysatoren für die Senkung des Stickoxidwerts sorgt.

Wo Seltene Erden vorkommen

Abbau von Seltenen Erden in China

Die größten bekannten Vorkommen liegen in China, genauer gesagt in der Bayan-Obo-Mine in der Inneren Mongolei, die als autonomes Gebiet zur Volksrepublik China gehört. Im Jahr 2020 stammten nach Angaben des Informationsdienstes
des Instituts der deutschen Wirtschaft fast 90 Prozent der globalen Produktion an Seltenen Erden aus China. Dabei verfügt China nach Schätzungen nur über etwa ein Drittel der weltweiten Ressourcen. Seit einigen Jahren verringert sich der chinesische Anteil an der globalen Produktion jedoch. Für 2023 gibt ihn der U.S. Geological Survey mit knapp 68 Prozent an.

Vorräte befinden sich auch in den USA, in Kanada, Brasilien, Australien, Indien, Malaysia, Vietnam, Russland, Kasachstan, Aserbaidschan und Schweden. Das größte bekannte Vorkommen an schweren Seltenen Erden befindet sich in Kringlerne im Süden Grönlands. 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.

Liste der Seltenen Erden
   
Scandium (Sc)Samarium (Sm)Holmium (Ho)
Lanthan (La)Europium (Eu)Erbium (Er)
Cer (Ce)Ytrium (Y)Thulium (Tm)
Praseodym (Pr)Gadolinium (Gd)Ytterbium (Yb)
Neodym (Nd)Terbium (Tb)Luteium (Lu)
Promethium (Pm)Dysprosium (Dy)

Monopol für Seltenerdmetalle in China - immer noch

Die größten bekannten Vorkommen an Seltenen Erden liegen in China in der Bayan-Obo-Mine (Inneren Mongolei).

Wirklich selten sind die Seltenerdmetalle nicht - eigentlich kommen sie überall vor, allerdings in kleinen Mengen. Größere, wirtschaftlich rentable Lagerstätten sind rar. Laut Statistischem Bundesamt wurden von Januar bis November 2022 65,9 Prozent der begehrten Metalle aus China nach Deutschland eingeführt. Bei einigen der Seltenen Erden lag der Anteil der Importe aus Fernost laut dem Bundesinstitut sogar noch deutlich höher: So wurden die Metalle Scandium und Yttrium von Januar bis November 2022 zu 94,4 Prozent aus China importiert. Zwar hat sich der Import der Rohstoffe von China nach Deutschland mengenmäßig 2021 gegenüber 2016 fast halbiert, China dominiert aber immer noch den Markt.

Da sie billig aus China zu bekommen waren, hatten andere Länder seit den 1990er-Jahren die nicht so einfache und oft umweltschädliche Förderung zurückgefahren. Gesundheits- und Umweltschutz wurden dort häufig missachtet. Beim Abbau mit Säuren, die die Metalle aus den Bohrlöchern waschen, entstanden Abfallprodukte und giftige Abwässer, die das Grundwasser verschmutzten.

Weltweite Förderung Seltener Erden: Im Rennen um die wichtigen Rohstoffe

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 bislang noch nicht - laut Experten seien weltweit genügend Seltene Erden vorhanden. Die Nachfrage steige zwar, aber nicht so stark wie befürchtet. Allerdings möchten sich viele von fördernden Ländern wie China und deren Marktvorgaben unabhängig machen.

Größtes Vorkommen an Seltenen Erden in Europa in Kiruna in Schweden entdeckt

Im Januar 2023 hat das staatliche Bergbauunternehmen LKAB in Kiruna im Norden Schwedens ein gigantisches Vorkommen an Seltenen Erden entdeckt: Mehr als eine Million Tonnen Seltenerdmetalle könnten hier lagern - damit ist es die bislang größte in Europa erfasste Lagerstätte der wichtigen Rohstoffe. Bis zur tatsächlichen Förderung der entdeckten Stoffe könnte es allerdings noch Jahre dauern. Entsprechende Zulassungsverfahren sind langwierig. Und auch dann ist fraglich, inwieweit sich ein großflächiger Abbau und Export in Europa wirtschaftlich lohnt.

Storkwitz in Sachsen: 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 recyceln statt fördern

Seltene Erden ließen sich auch auf Müll- oder Schrottplätzen fördern: in Smartphones, Computern und anderen Elektrogeräten. 62 Millionen Tonnen Elektroschrott landeten allein im Jahr 2022 auf dem Müll, heißt es im Global E-Waste-Monitor 2024, Tendenz steigend. Pro Einwohner fallen in Deutschland laut Statischem Bundesamt 12,5 Kilogramm Elektroschrott an. Damit liegt Deutschland über dem EU-Durchschnitt.

Das Problem: Nicht einmal ein Viertel des weltweiten Elektroschrotts wird laut Global E-Waste-Monitor nachweislich ordnungsgemäß recycelt. Dieser Wert könnte laut dem Bericht bis 2030 sogar auf 20 Prozent fallen.

In Europa werden derzeit laut Monitor knapp 43 Prozent des Elektroschrotts entsorgt, obwohl schon jetzt in der EU eine Sammelquote von 65 Prozent vorgeschrieben ist. Im Jahr 2022 wurde das Elektrogerätegesetz für Hersteller und Händler, das eine EU-Richtlinie umsetzt, verschärft. So sind in Deutschland auch Discounter dazu verpflichtet, Elektroaltgeräte zurückzunehmen.

Seltene Erden im Alltag: Was steckt wo drin?

Lanthan für Brillen

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

Neodym für Lautsprecher

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

Europium für Bildschirme

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-weiße Bilder übermittelt.

In der Entwicklung: Recycling-Verfahren für Seltene Erden

In Schubladen vergessene alte Handys bergen wertvolle Seltene Erden.

Vermutlich zig Millionen alter Mobiltelefone liegen vergessen in Schubladen und Schränken herum, deren wertvolle Inhaltsstoffe wiederverwendet werden könnten. Und auch in Computern, Monitoren, Fernsehern und anderer Elektronik verbergen sich Seltene Erden. Landen sie auf dem Müll, sind sie für den Ressourcenkreislauf verloren.

Und selbst auf dem Wertstoffhof können die in Elektroschrott gebundenen Seltenen Erden nur eingesammelt werden. Denn aus den technischen Geräten die begehrten Rohstoffe wiederzugewinnen ist schwierig und bedarf spezieller Verfahren. Noch gibt es kaum ausgereiftes Know-how, um die Seltenen Erden in großem Stil zurückzugewinnen. So werden Smartphones derzeit häufig noch mühsam von Hand demontiert, um die Wertstoffe zu recyclen.

Die verbauten Mengen sind allerdings dabei so gering, dass das Recycling wirtschaftlich häufig nicht rentabel ist.

Wie Cyanobakterien Seltene Erden recyceln können

Inzwischen steigt nicht nur die Nachfrage nach Seltenen Erden, sondern auch nach umweltfreundlicheren Methoden, diese zu gewinnen. Im März 2023 konnte ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) einen Erfolg vermelden: Den Forschern war es gelungen, mithilfe von Cyanobakterien die Seltenen Erden Lanthan, Cer, Neodym und Terbium aus einer wässrigen Lösung zu binden. Das funktioniere sogar bei niedriger Konzentrationen der Metalle. Wie genau, erklärt Erstautor Michael Paper: "Die Biomasse aus Cyanobakterien weist einen hohen Anteil an Zuckerverbindungen auf, die negative Ladungen tragen. Diese ziehen positiv geladene Metallionen an, die so an die Biomasse gebunden werden."

Die verwendeten Bakterienstämme sind bisher kaum erforscht und kommen vor allem in extremen Lebensräumen wie Wüsten, Felsspalten oder verschmutzten Bächen vor. Ob ihr Potenzial für eine industrielle Anwendung reicht, muss noch erforscht werden.

Forschung: Wie lassen sich Seltenerdmetalle besser nutzen oder ersetzen?

Das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie erforscht seit 2011 Möglichkeiten, wertvolle Rohstoffe wie die Seltenen Erden besser zu nutzen, zu recyceln oder am besten erst gar nicht zu verwenden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung und auch der Europische Fonds für regionale Entwicklung fördern Projekte, die auf effizientere Nutzung oder besseres Recycling solcher Rohstoffe hoffen lassen.

Links und Sendungen zu Seltenen Erden:


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