Was die Metalle aussergewöhnlich und berühmt macht, sind zwei wichtige Gründe: erstens sind sie unabdinglicher Bestandteil von High-Tech-Produkten wie Mobiltelefonen, Flachbildschirmen oder Laptops, Windturbinen, Hybridautos und moderner Waffensysteme. 1953 betrug die globale Nachfrage gerade mal 1000 Tonnen – 2008 wurde sie bereits auf 132‘500 Tonnen geschätzt. Der zweite Grund ist das Vorkommen der seltenen Erden. Zwar findet man sie an diversen Orten in grossen Mengen, allerdings sind der Abbau und die Verarbeitung sehr kosten- und zeitaufwändig sowie umweltbelastend. Lagerstätten wurden in China, West-Australien, USA, Grönland, Kanada, Schweden und auch Deutschland nachgewiesen. Da in China die Umweltschutzvorgaben vergleichsweise locker sind, wird dort am einfachsten und am schnellsten Material abgebaut und verarbeitet. Lange hatte China somit ein Quasimonopol auf diese Metalle; 95 % der Weltproduktion stammte von dort. Das Land verschärfte die Exportrestriktionen massiv und verschaffte sich damit unzulässige Wettbewerbsvorteile. Darauf wurde die Welthandelsorganisation WTO jedoch rasch aufmerksam und erklärte die Ausfuhrquoten in einem Schiedsspruch für unzulässig. Gleichzeitig öffneten andere Länder ehemalige Förderstätten oder erschlossen neue Lagerstätten, um wieder unabhängiger von China zu werden. Der Produktionsanteil aus China liegt mittlerweile bei 85 %.
Die Seltenerdmetalle auf einen Blick
- Scandium
- Lanthan
- Cer
- Praseodym
- Neodym
- Promethium
- Samarium
- Europium
- Yttrium
- Gadolinium
- Terbium
- Dysprosium
- Holmium
- Erbium
- Thulium
- Ytterbium
- Lutetium
Seltenerdmetalle als kritische Rohstoffe
Seltenerdmetalle gelten als kritische Rohstoffe. Damit ist gemeint, dass die Versorgung mit Seltenerdmetallen wegen der grossen Länderabhängigkeit, schlechter Substitutionsmöglichkeiten und geringer Recyclingraten mit Risiken verbunden ist, und gleichzeitig Versorgungsunterbrüche wegen ihrer Bedeutung für Schlüsseltechnologien grosse Auswirkungen auf die Volkswirtschaft haben würden.
Brennpunkt Abbau
Die geologische Verfügbarkeit dieser Rohstoffe ist oft nicht das Hauptproblem. Sorgen bereiten die zunehmenden negativen ökologischen und sozialen Auswirkungen des Rohstoffabbaus. Der Abbau der Seltenen Erden ist sehr aufwändig, hinterlässt Giftmüll und belastet die Umwelt stark. Mögliche Ansatzpunkte für einen nachhaltigeren Umgang sind etwa die Substitution durch unkritische Rohstoffe, die Erhöhung der Materialeffizienz in Produktionsprozessen und in den Produkten selbst sowie das Schliessen von Stoffkreisläufen.
Recycling
Dies haben Japan und andere Industriestaaten realisiert und an alternativen Rohstoffen geforscht und rasch Erfolge eingefahren. Sie haben Techniken gefunden, Metalle aus Altelektronik wiederzuverwerten. So können zum Beispiel Batterien, Leuchtmittel und Magnete so rezykliert werden, dass seltene Erden zurückgewonnen werden. In Deutschland wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem die Metalle der Seltenen Erden aus der Schlacke von Verbrennungsanlagen gewonnen werden. Als Helfer haben die Forscher dabei Mikroorganismen engagiert. Die Schlacke wird bei diesem Verfahren zerkleinert und in Säure gelöst. Aus dieser Mischung heften sich spezielle Bakterien an die gewünschten Metalle. Anschließend lassen sich die Stoffe chemisch ausfällen oder an Elektroden abscheiden. Dadurch kann der Bedarf an Seltenen Erden als Primärrohstoff schon gesenkt werden und dürfte mit diesen und weiteren Recyclingverfahren auch in Zukunft weiter sinken. Angesichts der Schäden, die der Abbau an Mensch und Umwelt verursacht, ist das eine gute Nachricht. Trotzdem geht es (noch) nicht ohne den Abbau von Primär-Metallen– die riesigen Produktionsmengen an High-Tech-Produkten verlangen nach Material und die Metalle der Seltenen Erden sind mittlerweile sehr günstig erhältlich.
Gut zu wissen
Die Begriffe Seltene Erden oder auch Metalle der Seltenen Erden sind missverständlich. Der Name der Elementen-Gruppe stammt aus der Zeit ihrer Entdeckung im 18. Jahrhundert und beruht auf der Tatsache, dass sie in seltenen Mineralien gefunden wurden. Mittlerweile weiss man, dass diese Metalle nicht selten sind – sie kommen gar häufiger vor als Gold und Platin.
Begleitende Massnahmen
Wichtige begleitende Massnahmen für einen nachhaltigen Umgang mit diesen Metallen sind die Erweiterung der Kenntnisse und der Informationsaustausch, die Aus- und Weiterbildung im Bereich Eco-Design und die Analyse von Strategien und Systemen etwa mit Hilfe von Stoffflussanalysen und Ökobilanzen. Dazu gehören auch die Substitution, ein sparsamerer Einsatz von Materialien und das Recycling von Produktionsabfällen sowie die Wiederverwendung und das Recycling von ausgedienten Konsumgütern. Bei der Substitution liegt der Teufel allerdings wie so oft im Detail: Viele verschiedene Faktoren wie Produktperformance und -qualität, Kosten und Energieaufwand müssen berücksichtigt werden.
Ein wichtiges Element ist auch das ‚Design for Recycling‘, d. h. die Geräte sollen in Zukunft vermehrt auch in Hinblick auf ihre Rezyklierbarkeit designt und produziert werden. Seltene Metalle sollten also möglichst leicht und mit wenig Aufwand wieder aus den Geräten herausgelöst werden können. Zurzeit ist das bei vielen Geräten kompliziert, zeitaufwändig und mit hohen Kosten verbunden und wird daher oft nicht gemacht.
Empa forscht an Seltenerdmetallen
Auch in der Schweiz wird an den Metallen der seltenen Erden geforscht. Ein Schwerpunkt der Forschung der Empa (Forschungsinstitut des ETH-Bereiches für Materialwissenschaften und Technologie) liegt bei der Schliessung von Stoffkreisläufen bzw. beim «Urban Mining», d. h. der Rückgewinnung von Rohstoffen aus vom Menschen geschaffenen Lagerstätten. Dies sind z. B. Gebäude oder ausgediente Konsumgüter wie Elektro- und Elektronikaltgeräte. Aktuelle Projekte sind unter anderen die im Zusammenhang mit der Revision der «Verordnung über Rückgabe, Rücknahme und Entsorgung elektrischer und elektronischer Geräte» (VREG) stehende Untersuchung zur Verteilung von Seltenerdenmetallen in elektronische Bauteilen von Fahrzeugen und Fraktionen aus der Verarbeitung von Altfahrzeugen in Auto-Schredderanlagen. Auf europäischer Ebene ist die Empa zusammen mit verschiedenen Forschungsgruppen im Rahmen eines «Horizon 2020»-Projekts seit Anfang Jahr 2015 daran, eine Datenbank zu den Vorkommen kritischer Rohstoffe in der europäischen «Urban Mine» zu erstellen.
Weiterführende Informationen
- Projekt Urban Mining der Empa: https://www.empa.ch/web/nest/urban-mining?inheritRedirect=true
- Sind wir unabhängig von seltenen Metallen? https://www.empa.ch/web/s604/sind-wir-unabhaengig-von-seltenen-metallen?inheritRedirect=true
- Studie der Schweizer Akademie der Wissenschaften „Seltene Metalle – Rohstoffe für Zukunftstechnologien“. Zu finden unter http://www.swissrecycling.ch/wissen/fachbeitraege-studien-vortraege/separatsammlung/
- Diverse Artikel und Vorträge unter http://www.swissrecycling.ch/wissen/fachbeitraege-studien-vortraege/separatsammlung/