Wie selten sind Seltene Erden wirklich?

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Seltene Erden, eine Gruppe von 17 Metallen, kommen in der Erdkruste relativ häufig vor, ihre Gewinnung ist jedoch äußerst schwierig.

Neodym, eines der seltenen Erden, dessen Abbau extrem schwierig ist. Foto: RHJ/Getty — Neodym, eines der seltenen Erden, dessen Abbau extrem schwierig ist. Foto: *RHJ/Getty*

Seltene Erden haben viele nützliche Eigenschaften, die sie in der Energie- und Technologiebranche sehr beliebt machen. Diese Gruppe umfasst 17 Metalle, darunter 15 metallische Elemente am unteren Ende des Periodensystems sowie die beiden Elemente Yttrium und Scandium.

Die wertvollsten dieser Elemente sind Neodym, Praseodym, Terbium und Dysprosium. Sie wirken als starke Miniaturmagnete und sind eine Schlüsselkomponente in elektronischen Geräten wie Smartphones, Batterien für Elektroautos und Windturbinen. Die begrenzte Verfügbarkeit seltener Erden bereitet Unternehmen und Regierungen , die diese modernen Güter produzieren, jedoch große Sorgen.

Seltene Erden sind eigentlich gar nicht so selten. Laut einer USGS-Studie über die kristallinen Häufigkeiten verschiedener Elemente (ihre durchschnittliche Häufigkeit in der Erdkruste) kommen die meisten Seltenen Erden in etwa den gleichen Mengen vor wie gewöhnliche Metalle wie Kupfer und Zink. „Sie sind sicherlich nicht so selten wie Metalle wie Silber, Gold und Platin“, sagt Aaron Noble, Professor an der Virginia Tech.

Doch ihre Gewinnung aus natürlichen Quellen ist äußerst schwierig. „Das Problem ist, dass sie nicht an einem Ort konzentriert sind. In den USA stecken in jedem Kilogramm Schiefergestein etwa 300 Milligramm Seltene Erden“, sagt Paul Ziemkiewicz, Direktor des West Virginia Water Research Institute.

Normalerweise reichern sich Metalle in der Erdkruste aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung an. Aufgrund der ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften von Seltenen Erden kommt es unter diesen besonderen Bedingungen jedoch selten zu einer gemeinsamen Anreicherung. Spuren von Seltenen Erden sind über den Planeten verstreut, was ihre Gewinnung ineffizient macht.

Manchmal kann eine saure unterirdische Umgebung den Gehalt an Seltenerdelementen an bestimmten Stellen leicht erhöhen. Doch die Suche nach diesen Stellen ist nur die erste Herausforderung.

In der Natur kommen Metalle als Erze vor. Diese enthalten Metallmoleküle, die durch starke Ionenbindungen an andere Nichtmetalle (Gegenionen) gebunden sind. Um reine Metalle zu gewinnen, müssen diese Bindungen aufgebrochen und die Nichtmetalle entfernt werden. Der Schwierigkeitsgrad dieser Arbeit hängt vom Metall und dem Nichtmetall ab, an das sie gebunden sind.

„Kupfererz liegt normalerweise in Form von Sulfiden vor (chemische Verbindungen aus Schwefel und anderen Elementen). Das Erz wird so lange erhitzt, bis die Sulfide als Gas entweichen und das reine Kupfer auf den Boden des Reaktors sinkt. Das ist ein ziemlich einfacher Extraktionsprozess. Bei einigen anderen Arten, wie etwa Eisenoxid, sind Zusatzstoffe erforderlich, um das Metall freizusetzen. Die Trennung von Seltenen Erden ist jedoch viel komplizierter“, erklärt Ziemkiewicz.

Seltene Erden haben drei positive Ladungen und bilden extrem starke ionische Bindungen mit Phosphat-Gegenionen, von denen jedes drei negative Ladungen hat. Daher muss der Extraktionsprozess die extrem starke Bindung zwischen dem positiven Metall und dem negativen Phosphat überwinden.

„Seltenerd-Erze sind chemisch sehr stabile Mineralien und es erfordert viel Energie und chemische Kraft, sie abzubauen. Normalerweise erfordert dieser Prozess einen extrem niedrigen pH-Wert, raue Bedingungen und extrem hohe Temperaturen, da die Bindungen im Erz unglaublich stark sind“, sagte Noble.

Die schwierige Isolierung der reinen Elemente hat ihnen den Namen „Seltene Erden“ eingebracht. Einige Experten erforschen neue Methoden zum Recycling und zur Gewinnung dieser wertvollen Metalle aus Industrieabfällen und alten Elektrogeräten, um die aktuelle Versorgung zu verbessern. Sie versuchen außerdem, die einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Seltenen Erden in neuen Verbindungen nachzubilden, in der Hoffnung, dass diese leichter zugängliche Alternativen werden. Trotz steigender Nachfrage gibt es derzeit jedoch keine brauchbaren Alternativen zu Seltenen Erden.

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