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Rohstoff Germanium – Das deutsche Element

Erstellt am 16. August 2017

Rohstoff Germanium – Das deutsche Element

Das Halbmetall Germanium, benannt nach dem Heimatland seines Entdeckers Clemens Winkler, ist einer der wichtigsten Rohstoffe für Glasfaserkabel und Infrarotoptik. Die Versorgung mit dem Element hängt weitgehend von China ab.

Braunkohle ist der dreckigste aller Brennstoffe – und einer der wertvollsten. Verfeuern Kraftwerksbetreiber eine Tonne Braunkohle, setzen sie damit je nach Wirkungsgrad ihrer Anlagen auch bis zu einer Tonne Kohlendioxid frei. Zugleich ließen sich aus der Asche, die weltweit jedes Jahr bei der Verfeuerung von 7.800 Millionen Tonnen Kohle anfällt, bis zu 10.000 Tonnen Uran und ganze 93.000 Tonnen Germanium gewinnen. Beim aktuellen Preis von gut 1.500 Euro für ein Kilogramm des Elements, hätte diese Menge einen Wert von 139,5 Milliarden Euro.

Vor allem die in Russland und China abgebaute Braunkohle enthält bis zu 1.000 ppm (Parts per Million) des seltenen Halbmetalls. Knapp ein Drittel des heute auf dem Weltmarkt angebotenen Germaniums wird Angaben der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) zufolge deshalb aus Kohle gewonnen.

Russland kontrolliert die Vorkommen, China den Markt

In Russland finden sich deshalb auch knapp die Hälfte der globalen Germanium-Reserven und –Ressourcen in Höhe von insgesamt 35.600 Tonnen. Die Volksrepublik China verfügt über ein weiteres knappes Drittel der Vorkommen. Nachdem das Land seine Germaniumförderung in den vergangenen Jahren massiv ausgeweitet hat, kontrolliert China heute allerdings 72 Prozent des Weltmarkts für den Rohstoff. Mit weitem Abstand folgen die Demokratische Republik Kongo mit 10,5 Prozent und die USA mit 6,9 Prozent der weltweiten Ressourcen. Bliebe die derzeitige jährliche Raffinadeproduktion von Germanium in Höhe von weltweit 153 Tonnen konstant, würden die gesamten Reserven und Ressourcen noch gut 230 Jahre ausreichen. Daten zur Bergwerksförderung des Rohstoffs liegen nicht vor, denn reine Germaniumminen gibt es nicht. Rohstoffkonzerne gewinnen das Element außer aus Asche vor allem als Nebenprodukt des Zink- sowie manchmal des Kupfer [1]abbaus.

Etwa 30 Prozent des weltweit angebotenen Germaniums stammen Angaben des US Geological Survey zufolge zudem aus dem Recycling des sehr vielseitigen Materials.

Als Halbmetall verfügt Germanium sowohl über Eigenschaften von Metallen wie von organischen Stoffen. Anwender schätzen dabei vor allem die gute thermische Leitfähigkeit des Elements, seine exzellente Oberflächenhärte, hohe Beanspruchbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Salz- und verdünnte Schwefelsäure sowie Kalilauge und seine Eigenschaften als Halbleiter. Außerdem ist das silbrige Halbmetall in dünnen Schichten durchlässig für Infrarotlicht.

Rohstoff Germanium – Das deutsche Element

Bild: Adobe Stock angellodeco

Ausbau der Glasfasernetze lässt Nachfrage steigen

Mit rund 30 Prozent des verfügbaren Germaniums stellen Spezialisten für Infrarotoptik deshalb Fenster und Linsen-Systeme sowie optische Gläser her, die unter anderem in Nachtsichtgeräten und Wärmebildkameras zum Einsatzkommen. Mit weiteren 20 Prozent der jedes Jahr angebotenen Menge des Halbmetalls steigern die Hersteller von Glasfaserkabeln für die Telekommunikation, optischen Fasern und Glasfaserlichtleitern den Refraktionsindex der Kabel und Leiter. Dadurch sinkt der Signalverlust. Optische Signale lassen sich leichter lenken. Da zahlreiche Staaten in den kommenden Jahrzehnten ihre Telekommunikationsnetze erneuern müssen, erwartet die DERA, dass sich die Nachfrage der Hersteller von Glasfaserkabeln nach Germanium bis zum Jahr 2035 auf 118 Tonnen mehr als verdoppelt.

Unverzichtbarer Werkstoff für Hochleistungstransistoren

Ebenfalls ein Fünftel des jedes Jahr gewonnenen Germaniums verbraucht die chemische Industrie als Katalysator bei der Produktion von Polyethylenterephthalat-(PET)-Kunststoffen. Weitere 15 Prozent des verfügbaren Materials legiert die Elektronikindustrie schließlich mit Silizium, um damit Halbleiter für Hochfrequenzanwendungen, Röntgendetektoren und weitestgehend rauschfreie, besonders kleine und energieeffiziente Transistoren herzustellen, die in mobilen Geräten die Batterielaufzeiten erhöhen und auch bei hohen Temperaturen zuverlässig arbeiten. Silizium-Germanium-Bauteile kommen neben Smartphones vor allem in drahtlosen Netzwerken, optischen Kommunikationssystemen, auf Festplatten, in Global-Positioning-Systemen sowie als Chips in der Automobilindustrie zum Einsatz.

Ohne Leistungsverluste lässt sich Germanium in so gut wie keiner dieser Anwendungen durch andere Werkstoffe ersetzen.

Zusammenfassung Rohstoff Germanium
Beschreibung · chemisches Element ‚Ge‘ mit der Ordnungszahl 32
· Germanium ist ein silbrig-glänzendes Halbmetall, das
sowohl Eigenschaften von Metallen wie von organischen Stoffen hat
· Es hat die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiters und leitet Wärme sehr gut, ist extrem beanspruchbar, hat eine exzellente Oberflächenhärte und ist durchlässig für Infrarotlicht
· Salz- und verdünnte Schwefelsäure sowie Kalilauge können dem Element nichts anhaben
· Der Entdecker von Germanium, Clemens Winkler, benannte das Element nach seiner Heimat, Deutschland. Damit reagierte er auf die Namensgebung für Gallium durch dessen Entdecker, Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, kurz zuvor. Dieser hatte das Gallium nach der lateinischen Bezeichnung für Frankreich, Gallia, benannt.
Verwendung (einzelne Anteile unbekannt) · Infrarotoptik (30%)
· Glasfaserleiter (20%)
· Polymerisations-Katalysator (20%)
· Elektronik und Photovoltaik (15%)
Größte Förderländer von Rhodium · China (72%)
· Finnland (11%)
· Kanada (10%)
Größte germaniumfördernde Unternehmen · Teck Resources Ltd., Kanada
· Yunnan Lincang Xinyuan Germanium Industrial Co., VR China
· Umicore NV/SA, Belgien
· Nanjing Germanium Co., VR China
Vorhandene Reserven und Ressourcen*: 35.600 Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven und Ressourcen 232 Jahre
Recyclingquote 25 bis 30 Prozent
Substituierbarkeit In den meisten Anwendungen lässt sich Germanium nicht ersetzen, ohne erhebliche Abstriche bei der Funktionalität der Produkte hinnehmen zu müssen.
Globale Raffinadeproduktion von Germanium im Jahr 2016 153 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

 


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