Versteckte Schätze: Seltene Erden aus Müll und Schrott

In Elektronikmüll verbergen sich Schätze, die immer begehrter und damit wertvoller werden. Ohne Seltene Erden würden viele Produktionsbetriebe in Bedrängnis kommen.

Seltene Erden – die Bezeichnung ist zwar korrekt, kann aber zu Fehlinterpretationen führen. Denn bei diesen Stoffen handelt es sich nicht um Erde im herkömmlichen Sinn, sondern um Metalle mit so klangvollen Namen wie Promethium, Gadolinium oder Erbium. Das Periodensystem der chemischen Elemente kennt insgesamt 17 dieser weichen, silbrigen Metallarten. Diese reagieren in Verbindung mit Sauerstoff sehr rasch zu Oxiden, die früher „Erden“ genannt wurden. 

Auch die Seltenheit dieser Elemente hat tatsächlich nichts mit der Häufigkeit ihres Vorkommens auf unserem Planeten zu tun. Abgesehen von Promethium kommen sie nämlich relativ häufig vor. Ihre Seltenheit bezieht sich auf die geringe Zahl von lohnenden Lagerstätten. Viele Seltene Erden finden sich verstreut in kleinen Mengen, die keinen wirtschaftlichen Abbau erlauben. Große Vorkommen gibt es nur in wenigen Ländern und hier vor allem in China, das heute global der mit Abstand größte Lieferant ist. Deutschland importiert von dort rund zwei Drittel seiner Seltenen Erden, was sich künftig ändern könnte, da Anfang 2023 in Schweden die bislang größte Lagerstätte Europas entdeckt wurde.

Der Bedarf steigt stetig

Diese europäischen Vorkommen sind ein Hoffnungsschimmer für die rohstoffhungrige Industrie. Denn der Bedarf nach Seltenen Erden steigt stetig: Sie sind für die Herstellung von vielen Elektronikprodukten und in der Kommunikationstechnologie ebenso unverzichtbar wie für die Bereitstellung erneuerbarer Energie – etwa für Elektromotoren und Windräder, LED-Leuchten oder Smartphones. 

Mit ihren vielen positiven Eigenschaften eignen sich Seltene Erden für die unterschiedlichsten Hightech-Anwendungen. 

1. Magnetische Eigenschaften: Einige Seltene Erden wie Neodym und Dysprosium sind außerordentlich stark magnetisch. Das prädestiniert sie für die Herstellung von leistungsstarken Permanentmagneten für Lautsprecher, Kopfhörer, Festplatten, Elektromotoren oder Generatoren.
2. Lumineszenzeigenschaften: Seltene Erden wie Europium, Terbium und Yttrium können Licht in verschiedenen Wellenlängen emittieren, wenn sie mit Energie angeregt werden. Dank dieser Eigenschaft eignen sie sich ideal für die Herstellung von Leuchtstofflampen, Energiesparlampen, Fernsehern und Displays.
3. Katalytische Eigenschaften: Unter diesen Elementen gibt es Erden wie Cerium und Lanthan, die katalytische Eigenschaften besitzen. Sie werden in Katalysatoren für die Autoabgaskontrolle, in Raffinerien, in der Luft- und Raumfahrtindustrie und in der chemischen Industrie eingesetzt.
4. Elektrische Leitfähigkeit: Seltene Erden wie Neodym und Praseodym haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Sie werden daher in verschiedenen elektronischen Geräten wie Computern, Smartphones und Elektrofahrzeugen verwendet.
5. Optische Eigenschaften: Einige dieser Stoffe wie Erbium und Thulium besitzen einzigartige optische Eigenschaften, die sie für die Herstellung von Lasern und optischen Glasfasern unverzichtbar machen. Diese benötigt man in der Telekommunikation, in der Medizintechnik und in der Materialbearbeitung.

Ausweg Recycling

Seltene Erden sind also in vielerlei Hinsicht ausgesprochen wertvoll. Das macht die Versorgungssicherheit umso wichtiger. Um diese ist es jedoch aufgrund der großen Abhängigkeit von China als Hauptlieferanten nicht allzu gut bestellt. Daher bemühen sich viele Staaten intensiv darum, neue Vorkommen wie das bereits erwähnte Lager in Schweden zu finden. Auch das Recycling wird deutlich stärker als früher forciert. Das Potenzial auf Schrott- und Müllplätzen ist groß. Computer, Smartphones und viele andere Elektrogeräte enthalten Seltene Erden in beachtlichen Mengen, die es zu bergen gilt. Von den rund 20 Kilogramm Elektroschrott, die in Deutschland pro Kopf und Jahr anfallen, wird allerdings nicht einmal die Hälfte fachgerecht entsorgt. Hier ist also noch viel Luft nach oben.

Die Aufbereitung erfolgt in mehreren Schritten: 

1. Verbrauchte Geräte und Magnete, die Seltene Erden enthalten, werden gesammelt und anschließend in ihre Bestandteile zerlegt. Dabei werden die verschiedenen Erden voneinander getrennt.
2. Die Seltene Erde-haltigen Bestandteile werden gereinigt und von anderen Verunreinigungen wie Metallen oder Kunststoffen befreit.
3. Die aufbereiteten Materialien durchlaufen chemische Verfahren wie Extraktion oder Elektrolyse, um die gewünschten Elemente von unerwünschten Elementen zu trennen.
4. Die so gewonnenen reinen Seltenen Erden werden in eine Form gebracht, die sich für den weiteren Einsatz eignet: etwa als Pulver, in Form von Legierungen oder anderen speziellen Materialien.
5. Die recycelten Seltenen Erden lassen sich dann in verschiedenen Anwendungen wiederverwenden, z.B. in Elektronikgeräten, Energiesparlampen, Magneten oder Batterien.

Dieser Prozess ist allerdings nicht immer einfach oder wirtschaftlich. Aufgrund der komplexen chemischen Abläufe und der geringen Konzentrationen in den aufbereiteten Materialien ist das Recycling von Seltenen Erden oft teuer und energieintensiv. An spannenden Alternativen tüftelt aktuell ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM). Die Wissenschaftler konnten mittels Cyanobakterien die Seltenen Erden Cer, Lanthan, Terbium und Neodym aus einer wässrigen Lösung binden. Das klappte selbst bei einer geringen Konzentration der Metalle. Die Cyanobakterien besitzen reichlich Zuckerverbindungen mit negativer Ladung, die positiv geladene Metallionen anziehen. Ob das auch für eine wirtschaftliche Anwendung ausreicht, ist allerdings noch offen.