Wie selten sind Seltenerdelemente tatsächlich?

Die Seltenen Erden, eine Gruppe von 17 Metallen, sind in der Erdkruste relativ häufig, ihre Gewinnung ist jedoch extrem schwierig.

Neodym, eines der extrem schwer abbaubaren Seltenerdelemente. Foto: RHJ/Getty — Neodym, eines der extrem schwer abbaubaren Seltenerdelemente. Foto: *RHJ/Getty*

Seltene Erden besitzen viele nützliche Eigenschaften und sind daher in der Energie- und Technologiebranche sehr begehrt. Diese Gruppe umfasst 17 Metalle, darunter 15 Metalle am Ende des Periodensystems sowie Yttrium und Scandium.

Die wertvollsten dieser Elemente sind Neodym, Praseodym, Terbium und Dysprosium. Sie dienen als extrem leistungsstarke Miniaturmagnete und sind somit ein entscheidender Bestandteil elektronischer Geräte wie Smartphones, Batterien für Elektrofahrzeuge und Windkraftanlagen. Die begrenzte Verfügbarkeit von Seltenerdelementen stellt jedoch ein großes Problem für Unternehmen und Regierungen bei der Herstellung dieser modernen Produkte dar.

Seltene Erden sind gar nicht so selten. Laut Untersuchungen des U.S. Geological Survey (USGS) zur kristallinen Häufigkeit verschiedener Elemente (der durchschnittlichen Verfügbarkeit in der Erdkruste) kommen die meisten seltenen Erden in etwa denselben Mengen vor wie gängige Metalle wie Kupfer und Zink. „Sie sind sicherlich nicht so selten wie Metalle wie Silber, Gold oder Platin“, sagte Aaron Noble, Professor an der Virginia Polytechnic University.

Die Gewinnung aus natürlichen Quellen gestaltet sich jedoch äußerst schwierig. „Das Problem ist, dass sie nicht an einem Ort konzentriert vorkommen. In jedem Kilogramm Schiefergestein in den Vereinigten Staaten befinden sich etwa 300 Milligramm Seltenerdelemente“, erklärte Paul Ziemkiewicz, Direktor des West Virginia Water Research Institute.

Metalle reichern sich typischerweise in der Erdkruste aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung an. Die ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften der Seltenen Erden führen jedoch dazu, dass sie sich unter diesen Bedingungen üblicherweise nicht gemeinsam anreichern. Spuren von Seltenen Erden sind über den gesamten Planeten verstreut, was ihre Gewinnung erschwert.

Gelegentlich können saure Untergrundumgebungen den Gehalt an Seltenen Erden an bestimmten Stellen leicht erhöhen. Diese Stellen zu finden, ist jedoch nur die erste Herausforderung.

In der Natur kommen Metalle als Gemische, sogenannte Erze, vor, die Metallmoleküle enthalten, welche über starke Ionenbindungen an andere Nichtmetalle (Anti-Ionen) gebunden sind. Um reines Metall zu gewinnen, müssen diese Bindungen aufgebrochen und die Nichtmetalle entfernt werden. Der Schwierigkeitsgrad dieser Aufgabe hängt vom jeweiligen Metall und dem Nichtmetall ab, mit dem es verbunden ist.

„Kupfererz kommt typischerweise in Form von Sulfiden (chemischen Verbindungen, die Schwefel und andere Elemente enthalten) vor. Man erhitzt das Erz, bis die Sulfide als Gas entweichen, und das reine Kupfer setzt sich am Boden des Reaktors ab. Das ist ein relativ einfaches Gewinnungsverfahren. Andere Erze, wie beispielsweise Eisenoxide, benötigen Zusätze, um das Metall freizusetzen. Die Trennung von Seltenerdelementen ist jedoch wesentlich komplexer“, erklärt Ziemkiewicz.

Seltenerdmetalle besitzen drei positive Ladungen und bilden extrem starke Ionenbindungen mit Phosphat-Antiionen, die jeweils drei negative Ladungen aufweisen. Daher muss beim Extraktionsprozess die extrem starke Bindung zwischen dem positiv geladenen Metall und dem negativ geladenen Phosphat überwunden werden.

„Seltenerze sind chemisch sehr stabile Mineralien, deren Aufspaltung viel Energie und chemische Kraft erfordert. Typischerweise sind dafür extrem niedrige pH-Werte, raue Bedingungen und extrem hohe Temperaturen notwendig, da die Bindungen innerhalb des Erzes unglaublich stark sind“, sagte Noble.

Die Schwierigkeit, reine Elemente zu gewinnen, hat ihnen den Namen „Seltene Erden“ eingebracht. Einige Experten erforschen neue Methoden, um diese wertvollen Metalle aus Industrieabfällen und alten Elektronikgeräten zu recyceln und zu gewinnen und so die Versorgungslage zu verbessern. Sie versuchen außerdem, die einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Seltenen Erden in neuen Verbindungen nachzubilden, in der Hoffnung, dass diese neuen Verbindungen leichter zugängliche Alternativen darstellen werden. Trotz steigender Nachfrage gibt es derzeit jedoch keine wirksamen Alternativen zu Seltenen Erden.

Thu Thao (laut Live Science )

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