Rohstoff-Dossier: Seltene Erden - Vitamine der Industrie
29.05.2017

Rohstoff Seltene Erden – Vitamine der Industrie

Seltenerdmetalle galten lange als unverzichtbar. Als sich China im vergangenen Jahrzehnt quasi ein Monopol auf dem Markt für die Rohstoffe sicherte, wurde dies zum ernstzunehmenden Risiko für die Lieferketten vieler Unternehmen.

Rohstoff-Dossier: Seltene Erden - Vitamine der Industrie

Selten sind die Metalle der seltenen Erden eigentlich nicht. Es sei denn, alle Staaten, die sie brauchen, stellen ihren Abbau der 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Elemente darunter Cer, Neodym, Praseodym und Dysprosium sowie der Metalle Scandium, Ytrium und Lanthan ein und überlassen es einem einzigen Staat die Rohstoffe zu gewinnen. Dann steigen die Preise für einzelne der Elemente wie während des Runs auf die seltenen Erden in den Jahren 2010 und 2011 binnen weniger Monate um mehr als das Zehnfache. Wenn dann noch mit der Volksrepublik China ein einziges Land die Kontrolle über 97 Prozent des globalen Angebots an seltenen Erden übernimmt, weil Bergbaukonzerne in anderen Staaten vor dem teuren und umweltzerstörenden Abbau der 17 Elemente zurückschrecken, geraten Unternehmen in eine Abhängigkeit, die weder wünschenswert noch unvermeidlich ist.

China beherrscht den Markt, aber nur 30 Prozent der Reserven

Denn obwohl die Volksrepublik den Markt für seltene Erden dominiert, lagern in China nur rund 66 Prozent der bislang entdeckten Vorkommen der höchst reaktionsfreudigen und bisweilen radioaktiven Elemente. Weitere Lagerstätten der bunten Metalle, deren Farbspektrum von farblos über Grau, Gelb und Grün bis hin zu Rot reicht, liegen in Australien, den USA, Kanada, Russland, Brasilien, Indien, Malaysia, Südafrika, Thailand und Sri Lanka.

Das größte derzeit bekannte Vorkommen an schweren seltenen Erden befindet sich in Kringlerne im Süden Grönlands. Rund um den 690 Meter hohen Berg Kvanefjeld im Westen der arktischen Insel liegt auch die mit elf Millionen Tonnen weltweit zweitgrößte Lagerstätte seltener Erden. Sogar in Storkwitz nordwestlich von Leipzig finden sich in der einzigen wirtschaftlich erschließbaren Lagerstätte Mitteleuropas 42.000 Tonnen Erden, aus denen sich Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Europium und Ytrium gewinnen ließen. Im weltweiten Vergleich ist das Vorkommen allerdings zu vernachlässigen.

Rohstoff Seltene Erden: Ressourcen für über 2.400 Jahre

Insgesamt geht der US-Geological Survey von Reserven von seltenen Erden in Höhe von weltweit 136 Millionen Tonnen aus. Die noch unerschlossenen Ressourcen belaufen sich sogar auf 308 Millionen Tonnen. Würden Industrieunternehmen auch künftig nur so viel der Metalle nachfragen wie heute, gingen die bekannten Reserven erst in fast 1100, die Ressourcen sogar erst in über 2480 Jahren zu Ende.

Privatunternehmen in den Staaten, die über diese Vorkommen verfügen, haben nach dem Goldrausch 2010 und 2011 allerdings nur sehr zögerlich begonnen, die Bodenschätze zu heben. Zwar fördert die Mine in Mountain Pass in Kalifornien schon seit 2010 wieder seltene  Erden. Sie war bis in die neunziger Jahre die weltweit größte Abbaustätte für den Rohstoff und wurde nach ihrer vorrübergehenden Schließung im Jahr 2002 von der Grube Bayan-Obo in der Inneren Mongolei im Norden Chinas abgelöst. Die Betreibergesellschaft Molycorp Inc. legte die Mine damals still, weil sich der Abbau der Metalle nicht mehr rentierte.

USA, Australien und Kanada könnten drei Viertel der globalen Nachfrage bedienen

An anderen Standorten waren Rohstoffkonzerne jedoch zurückhaltender. So nahmen die Betreiber des Bergwerks in Mount Weld in Australien erst zwei Jahre nach der Grube in Kalifornien die Förderung wieder auf. In dem Berg im Südwesten Australiens befindet sich das größte bislang erschlossene Vorkommen seltener Erden außerhalb Chinas. Gemeinsam mit der Grube in Mountain Pass könnte Mount Weld mehr als die Hälfte der weltweiten Nachfrage nach Seltenerdemetallen bedienen und damit die Mine im chinesischen Bayan-Obo in den Schatten stellen.

Derzeit wollen auch Minenbetreiber in Kanada die Vorkommen seltener Erden im zweitgrößten Land der Welt erschließen. Dort lagern nach Angaben der kanadischen Regierungsbehörde Natural Ressources Canada über 40 Prozent der weltweit bekannten Reserven des Rohstoffs. Kanada könnte damit nach Schätzungen von Germany Trade & Invest rund ein Fünftel des weltweiten Bedarfs an seltenen Erden bedienen.

Gefangen im Schweinezyklus

Ob die übrigen gut 440 Explorationsvorhaben, die Rohstoffkonzerne seit dem Goldrausch zu Beginn des Jahrzehnts durchgeführt haben, auch zum Bau neuer Minen führen, ist indes fraglich. Nennenswert geschwächt haben sie die chinesische Vorherrschaft auf dem Markt für seltene Erden bislang auf jeden Fall nicht. Nach Angaben der Deutschen Rohstoffagentur kontrollierte China 2016 noch immer 88,9 Prozent der Bergwerksförderung der Metalle. Die USA bauten vier Prozent des weltweiten Angebots ab, Australien 3,6 Prozent.

An dieser Verteilung wird sich sobald auch nicht viel ändern. Denn Fachleute gehen davon aus, dass Bergwerksbetreiber sechs bis zehn Jahre brauchen, um eine funktionsfähige Mine zu eröffnen. Bis dahin könnte sich der Abbau der Rohstoffe für viele Minengesellschaften aber schon nicht mehr lohnen. Denn wie die Aktionäre der Minen in Mountain Pass und Mount Weld erfahren mussten, sind seit Beginn des Jahrzehnts nicht nur die Preise für seltene Erden wieder drastisch gesunken.

Auch die Nachfrage nach den darin enthaltenen Metallen hat nachgelassen. Molycorp, Betreiber der Mine in Mountain Pass, musste deshalb inzwischen Insolvenz anmelden. Der Aktienkurs der australischen Lynas Corporation, der die Grube in Mount Weld gehört, brach seit seinem Höchststand von 1,82 Euro im Jahr 2011 auf heute nur noch fünf Cent ein.

Rohstoff-Not macht erfinderisch

Auslöser der Preisrückgänge bei seltenen Erden war die schiere Not der Unternehmen, die die darin enthaltenen Metalle für ihre Produktion benötigen, ebenso wie die Innovationsstärke dieser Betriebe. Denn der Höhenflug der Notierungen für Cer, Lanthan, Scandium und Co. zwang die  Unternehmen nach 2010 dazu, Technologien zu entwickeln, mit denen sie die teuren Metalle ersetzen konnten.

Da sich ohne die 17 Elemente weder Handys noch Plasmabildschirme, weder Katalysatoren, Batterien, iPods, Festplatten oder Energiesparlampen, Windkraftturbinen oder Elektromotoren, weder künstliche Gelenke, noch Lambda-Sonden oder Kameralinsen herstellen lassen, heißen die Metalle der seltenen Erden in Japan auch „Vitamine der Industrie“. Insgesamt kommen 47 Prozent der weltweit abgebauten Seltenerdmetalle in Katalysatoren für Autos und die Erdölraffinerien zum Einsatz. So erhöht Ceroxid die Aktivität von Rhodium, das in Katalysatoren für die Senkung des Stickoxidwerts sorgt. Mit Yttrium lässt sich Keramik so widerstandsfähig machen, dass sie in Lambdasonden eingesetzt werden kann.

Yttrium: Hoffnungsträger für die Brennstoffzelle von Morgen

Außerdem steigert Yttrium die Effizienz des Elektrolyts in Brennstoffzellen um das drei- bis fünffache. Dadurch sinkt die Betriebstemperatur der Zellen von rund 1000 auf 750 bis 800 Grad, was wiederum die Betriebssicherheit erhöht und den Einsatz günstigerer Materialien für das Gehäuse ermöglicht.

Weitere 20 Prozent der weltweit geschürften seltenen Erden nutzt die Stahl- und Aluminiumindustrie in Legierungen. Vor allem Scandium kommt bei der Herstellung von Legierungen für den Aluminiumleichtbau in der Luftfahrt und bei der Produktion von Sportgeräten zum Einsatz. Für rund elf Prozent der globalen Nachfrage nach den 17 Metallen sorgt die Glasindustrie. Sie poliert mit Ceroxid hochwertige Gläser, mit denen sie Kameralinsen, Spiegel oder Präzisionslinsen für Mikroskope herstellt.

Rund zehn Prozent der weltweit abgebauten seltenen Erden nutzen schließlich die Hersteller von Beleuchtungsmitteln als Leuchtstoffe in Kathodenstrahlröhren, Fluoreszenzlampen, Energiesparlampen und Radarschirmen. Für die Lichtindustrie ist Terbium gemeinsam mit Cer heute der wichtigste grüne Leuchtstoff. Europium ist wichtiger Bestandteil blauer und in Verbindung mit Ytrium roter Leuchtstoffe. Gadolinium schließlich ist der Leuchtstoff, der Radarschirme grün leuchten lässt.

Neodym: Rohstoff für Off-Shore-Windparks

In Permanentmagneten kommen zwar nur drei Prozent der weltweit geschürften seltenen Erden zum Einsatz. Hier dürfte ihr Einsatz heute jedoch insgesamt die größte ökologische Bedeutung haben. Denn mit einem Neodym-Eisen-Bor-Gemisch produzieren Ingenieure die stärksten Magnete, die sie herstellen können. Diese Supermagneten sind das Herzstück von Hybridfahrzeugen und sorgen in Windrädern für eine bessere Energieausbeute. Für jedes Megawatt Strom, das die Betreiber von Windparks gewinnen, brauchen sie in ihren Turbinen rund 200 Kilogramm Neodym.

In Handys, CD-Playern und Festplattenlaufwerken verbauen Elektronikkonzerne die gleichen Magneten im Kleinstformat. Nur weil Magneten auf Neodymbasis so eine hohe Energiedichte aufbringen, konnten Hersteller ihre elektronischen Geräte so klein machen, wie sie es heute sind.

Weitere Einsatzfelder von seltenen Erden sind die Laser- und Glasfasertechnologie sowie Supraleiter. Lanthan und Neodym haben Automobilkonzerne außerdem lange Zeit in Nickel-Metallhydrid-Akkus für Elektro- und Hybridautos verbaut.

Nachfrage nach seltenen Erden sinkt dank LEDs

Weil sie günstiger sind, haben Lithium-Ionen-Batterien diese Speicher inzwischen jedoch weitgehend ersetzt. Auch Hochleistungsmagneten könnten sich künftig ohne seltene Erden herstellen lassen. So arbeitet Siemens derzeit an Magneten für Windräder auf Basis einer Eisen-Kobalt-Verbindung. Der Münchner Konzern hat es damit bereits geschafft, den Dysprosium-Gehalt in seinen Magneten für Offshore-Windkraftanlagen auf nur noch ein Prozent zu senken. Das Metall schien lange Zeit für die Herstellung getriebeloser und damit wartungsarmer Windräder unverzichtbar zu sein.

Auch die Lichtindustrie könnte künftig erheblich weniger seltene Erden benötigen als bislang. Denn der Markt für LEDs wächst schneller als erwartet. Sie brauchen pro Lumen 15- bis 20-mal weniger seltene Erden als herkömmliche Energiesparlampen. Die Energiebehörde der USA geht deshalb inzwischen sogar davon aus, dass der Bedarf an Seltenerdmetallen nicht wie bislang erwartet bis zum Jahr 2035 steigen, sondern vielmehr um 65 Prozent sinken wird.

Recycling – Vielversprechende Zukunftsmusik

Sollte es darüber hinaus künftig wirtschaftlich rentabel werden, seltene Erden zu recyceln, können jene Staaten ihren Fehler ausbügeln, die es China in den vergangenen zehn Jahren ermöglichten, den Markt für seltene Erden fast vollständig zu übernehmen. Noch ist das jedoch Zukunftsmusik.

Zwar hat die Novis GmbH in Tübingen gemeinsam mit der dortigen Universität ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Seltenerdmetalle aus der Schlacke gewinnen lassen, die bei der Verfeuerung von Handys und anderen elektronischen Geräten in Müllverbrennungsanlagen anfällt. Allerdings ist das Verfahren noch nicht wirtschaftlich einsetzbar, weil es dafür an den erforderlichen Mengen Elektroschrott fehlt. Kein Wunder, horten die Deutschen doch rund 100 Millionen Handys statt diese dem Recycling zur Verfügung zu stellen.

Zusammenfassung Rohstoff Seltene Erden
Beschreibung: · Zu den Metallen der seltenen Erden zählen die 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium – die sogenannten Lanthanoide – sowie Scandium, Yttrium und Lanthan
· Dabei wird zwischen den wertvolleren und selteneren schweren Seltenerdmetallen (Yttrium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium) und den häufiger vorkommenden leichten Seltenerdmetallen (Scandium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium) unterschieden
· Die Metalle kommen nur gemeinsam vor und lassen sich nur zusammen abbauen
· In elementarer Form sind die Seltenerdmetalle weich und sehr reaktionsfreudig. Ihr Farbspektrum reicht von grau über gelb, bis zu grün und rot
· Einige Metalle der seltenen Erden sind radioaktiv
Verwendung: · Katalysatoren für Automobile (25%)
· Katalysatoren für Erdölraffinierien (22%)
· Legierungen und Additive für die Stahlindustrie (20%)
· Poliermittel für Glas und Keramik (11%)
· Leuchtstoffe (10%)
· Permanentmagnete (3%)
· Laser (3%)
Größte Förderländer: · China (88,9%)
· Russland (4%)
· Kanada (9,4%)
· Indonesien (3,6%)
Größte Förderunternehmen keine Angaben verfügbar
Vorhandene Reserven*: 136 Mio. Tonnen
Vorhandene Ressourcen**: 308 Mio. Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven: 1096 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen: 2483 Jahre
Recyclingquote: Eine Wiederverwertung der in seltenen Erden enthaltenen Metalle ist technisch möglich, derzeit allerdings noch nicht wirtschaftlich.
Substituierbarkeit: · Unternehmen haben eine Vielzahl von Technologien entwickelt, um Seltenerdmetalle zuersersetzen – beispielsweise in Katalysatoren oder Magneten.
· In Lampen und als Leuchtstoffe lassen sich die Metalle allerdings nicht substituieren.
Jahresproduktion von Seltenen Erden 2015: 124.000 Tonnen

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

 

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen

**Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen

 

Bilder: AlexLMX/Shutterstock.com (Teaser), pisaphotography/Shutterstock.com (Aufmacher)

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