Bor: Vorkommen, Verwendung & Bedeutug

Was ist Bor?

Bor ist – wie Beryllium und Lithium durch den Urknall entstanden, kann aber nicht durch Kernfusion erzeugt werden. Im Gegensatz zu Wasserstoff und Helium – beide sind ebenfalls durch den Urknall entstanden, können aber auch durch Kernfusion gebildet werden – ist Bor jedoch, gemessen an seinem geringen molekularen Gewicht, selten. In der Rangliste der häufigsten Elemente belegt es auf Platz 26.

Das chemische Element Bor mit dem Symbol B ist im wahrsten Sinn "das fünfte Element". Es besitzt die Ordnungszahl 5, was bedeutet, dass es das fünftleichteste Element im Periodensystem ist. Das Halbmetall Bor kann viele Formen annehmen. In seiner amorphen Form tritt es als braunes Pulver auf, alternativ ist es als kristalline Form zu finde. In der Natur kommt Bor nicht in seinem elementaren Zustand vor, sondern immer als Verbindung. Zusammen mit Sauerstoff als Borsäure (Sassolin) oder als Salze, wie Borax. Wirtschaftliche Bedeutung hat vor allem kristallines Bor. Dieses kommt, zum Beispiel als Colemanit - natürlich vor. Kristallines Bor lässt sich aber auch durch Erhitzen von amorphem Bor herstellen. Je nach Anordnung der Bor-Atome entstehen kristalline Bor-Arten mit unterschiedlichen Farben (transparent, rot, schwarz-grau, schwarz und rötlich).

Bor-Materialien werden nach ihrem Gehalt an Bor-Oxid (B₂O₃) bewertet. Dieser variiert je nach Mineral bzw. Erz und ob Kalzium und Natrium vorhanden sind. Die Bor-Mineralien Colemanit, Kernit, Tincal und Ulexit machen rund 90 Prozent der in der Industrie weltweit verwendeten Borate aus.

Wo wird Bor verwendet?

Die US Geological Survey spricht von rund 300 Anwendungen für Borate. Dreiviertel des Verbrauchs geht danach in die Produktion von Keramiken, Reinigungsmitteln, Düngemitteln und die Glasherstellung. Für Deutschland sind aber noch weitere Anwendungen relevant:

Bor in der Stahlindustrie

Bor wird häufig zur Herstellung von Aluminiumlegierungen verwendet, da es die Festigkeit und die Wärmebeständigkeit der Legierung erhöht. Es verbessert auch die Schmelzeformbarkeit und die Gießfähigkeit der Legierung, was die Verarbeitung erleichtert. Bor kann auch die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen erhöhen und die Bildung von intermetallischen Phasen verhindern, die die Festigkeit beeinträchtigen können.

Bor in der Automobilindustrie

Diese Aluminiumlegierungen werden in vielen Teilen Autos verwendet, wie zum Beispiel in der Karosserie, im Rahmen und im Motorblock. Auch in Abgasreinigungssystemen sind Borverbindungen zu finden, um die Emission von Schadstoffen zu reduzieren.

Borverbindungen werden darüber hinaus in der Herstellung von Batterien verwendet. Zum Beispiel in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien, die in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Bor für die Werkzeugherstellung

Bor wird zudem in der Produktion von Hochleistungs-Borcarbid-Werkzeugen verwendet, die für die Bearbeitung von harten Materialien wie Aluminium und Stahl verwendet werden. Das härteste Material mit Bor ist Bornitrid (CBN), es ist nach dem Diamant der härteste bekannte Schleifstoff.

Bor für erneuerbare Energien

Sogenannte Supermagnete verfügen über die höchste Haftkraft bei sehr kleinem Volumen. Sie werden auch Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NeFeB-Magnete) genannt. Laut Umweltbundesamt bestehen sie 67 Prozent aus Eisen, 32 Prozent Neodym und 1 Prozent Bor.

Im Vergleich zu herkömmlichen Ferrit-Magneten bieten sie eine 16-fache Energiedichte. Verbaut werden sie beispielsweise in Windkraftanlagen, kommen aber auch in Pedelecs, Industriemotoren sowie E-Autos zum Einsatz.

Bor ist aber auch eines der Elemente, die in Solarzellen benötigt werden. Es wird gerne für die sogenannte Dotierung genutzt. Diese steigert die Leitfähigkeit von Silizium und damit letztendlich die Leistung der Solarzelle. Alternativ nutzen Solar-Hersteller statt Bor auch Indium oder Gallium.

Bor in der Halbleiterindustrie

Borverbindungen werden in der Halbleiterherstellung als sogenannte Dotierelemente benötigt. Es wird in Siliziumkristalle eingebaut und erhöht – wie bei Solarzellen – die Leitfähigkeit. Auf diese Weise dotierte Halbleiter heißen p-Leider oder p-dotierte Halbleiter. Eine Alternative zu Bor ist hier Phosphor.

Halbleiterhersteller Samsung hatte 2020 verkündet, dass das Unternehmen ein neues Halbleitermaterial entdeckt habe. Das Material heißt amorphisches Bor-Nitrit (a-BN), eine Verbindung aus Bor und Stickstoff mit einer amorphischen Molekularstruktur. Ein Vorteil dieses amorphischen Bor-Nitrits soll sein, dass es auf Wafer-Größe mit etwas unter 400 Grad Celsius auf Substrat wachsen kann, was als niedriger Wert gilt. Marktreif ist die Technologie noch nicht. Bor-Nitrit könnte aber als Bindeglied zwischen der Graphen- und der Silizium-Technologie dienen.

Darüber hinaus wird Bor für Feuerzeuge und Zündhölzer sowie medizinische Anwendungen benötigt, wie beispielsweise Borverbindungen in der Behandlung von Osteoporose.

Wo wird das meiste Bor gefördert?

Das Land mit der höchsten Bor-Förderung ist die Türkei. Weltweit ist das Land für rund mehr als die Hälfte der weltweiten Borproduktion verantwortlich. Andere wichtige Borproduzenten sind China, Chile, Boliven und Peru. Aber auch in Deutschland gibt es eine nennenswerte Bor-Produktion von immerhin 120.000 Tonnen.

Laut US Geological Survey wurde im Jahr 2020 weltweit eine Fördermenge von etwa 4,8 Millionen Tonnen Bor gefördert. China ist der größte Förderer von Bor, gefolgt von Brasilien, Russland, die USA und Peru.

Kann Bor recycelt oder substituiert werden?

Natriumpercarbonat kann Borate in Waschmitteln ersetzen und erfordert niedrigere Temperaturen, um hydrolysiert zu werden. In Beschichtungen wie Emaille können andere glaserzeugende Substanzen verwenden, wie beispielsweise Phosphate. Dämmersatzstoffe sind Zellulose, Schäume und Mineralwolle. In Seifen können statt Bor Natrium- und Kaliumsalze von Fettsäuren als Reinigungs- und Emulgiermittel eingesetzt werden.

Das Recycling von Bor ist bislang noch nicht wirklich realisiert.

Welches Land hat die größten Bor-Reserven?

Die meisten Bor-Reserven der Welt befinden sich in der Türkei mit 1,2 Milliarden Tonnen (Stand 2021). Auf den Plätzen zwei und drei befinden sich mit jeweils 40 Millionen Tonnen Russland und die USA. 35 Millionen Tonnen schlummern laut USGS im Boden Chiles und China könnte 24 Millionen Tonnen beitragen. Peru ist mit vier Millionen Tonnen Bor-Reserven abgeschlagen auf dem sechsten Platz.

In den USA ist die Mojave-Wüste das größte Reservoir an Boraten.