Germanium in der Beschaffung: Verwendung, Preis & Vorkommen

Braunkohle ist der dreckigste aller Brennstoffe – und gleichzeitig einer der wertvollsten. Warum? Verfeuern Kraftwerksbetreiber eine Tonne Braunkohle, setzen sie damit neben Kohlendioxid auch andere Rohstoffe frei.

Denn aus der Asche, die weltweit jedes Jahr bei der Verfeuerung von 7.800 Millionen Tonnen Kohle anfällt, lassen sich bis zu 10.000 Tonnen Uran und ganze 93.000 Tonnen Germanium gewinnen. Beim aktuellen Preis von gut 1.470 Euro für ein Kilogramm des Elements (Stand 9. Juli 2023), hätte diese Menge einen Wert von mehr als 136 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 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 65 Prozent des Weltmarkts für den Rohstoff. Mit weitem Abstand folgt Russland mit 4,6 Prozent. Andere Länder machen zusammen gut 30 Prozent der Raffinadeproduktion aus.

Bliebe die derzeitige jährliche Raffinadeproduktion von Germanium in Höhe von weltweit 156 Tonnen konstant (laut EU), würden die gesamten Reserven und Ressourcen noch mehr als 200 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 Kupferabbaus. Laut der USGS werden aber nur etwa drei Prozent des in Zinkerzen vorhandenen Germaniums abgebaut.

Etwa 30 Prozent des weltweit angebotenen Germaniums stammen Angaben des US Geological Survey zufolge zudem aus dem Recycling. In der EU wird nach eigenen Angaben nur 2 Prozent recyceltes Germanium eingesetzt.

Als Halbmetall verfügt Germanium sowohl über Eigenschaften von Metallen als auch 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.

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.

Der Preis des begehrten Rohstoffs Germanium ist hochvolatil. Grund dafür sind die geringe Produktionsmenge von 130 Tonnen pro Jahr und die schnell wechselnden technologischen Anwendungen.

Die DERA erwartet, dass zahlreiche Staaten ihre Telekommunikationsnetze in den kommenden Jahrzehnten erneuern werden müssen. Dadurch wird sich nach Einschätzung der DERA die Nachfrage der Hersteller von Glasfaserkabeln nach Germanium bis zum Jahr 2035 auf 118 Tonnen mehr als verdoppeln.

Es gibt unterschiedliche Preise für Germanium. Der Preis für Germanium-Metall liegt deutlich höher als der für Germanium-Dioxid. So kostete ein Kilo Germanium-Dioxid im Jahr 2022 im Durchschnitt 787 US-Dollar pro Kilo (laut DERA), die USGS gibt den Preis für Germanium-Metall im Jahr 2022 mit 1.300 US-Dollar an.

Laut USGS kann Silizium in bestimmten elektronischen Anwendungen ein preiswerterer Ersatz für Germanium sein. Einige Metallverbindungen können in der Hochfrequenzelektronik und in einigen Anwendungen für Leuchtdioden ersetzt werden.

Zinkselenid und Germaniumglas ersetzen Germaniummetall in Infrarotanwendungen, allerdings oft auf Kosten der Leistung. Antimon und Titan sind Ersatzstoffe für die Verwendung als Polymerisationskatalysatoren.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), US Geological Survey

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen
Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen