Gastbeitrag Die Knappheit an seltenen Erden durch Kreislaufwirtschaft überwinden

Ein Gastbeitrag von Neil Ballinger

Ein Bericht von Adamas Intelligence prognostiziert, dass die Nachfrage in drei bis fünf Jahren das Angebot übersteigen wird, wenn die globale Seltene-Erden-Industrie diese Ressourcen weiterhin wie bisher abbaut. In seinem Gastbeitrag erörtert Neil Ballinger, Leiter der EMEA-Region bei EU Automation, dem Zulieferer für Automatisierungsbauteile, die Bedeutung seltener Erden in der Fertigungsindustrie und bespricht, wie ein Kreislaufwirtschaftsmodell dazu beitragen kann, ihre Nutzung zu einzuschränken.

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Seltene Erden sind in vielen Alltagsgegenständen wie PCs oder Smartphones enthalten.
Seltene Erden sind in vielen Alltagsgegenständen wie PCs oder Smartphones enthalten.
(Bild: EU Automation)

Laut dem Autor des Buches „The Structure of Rare-Earth Metal Surface" entstanden die Elemente der seltenen Erden, die wir heute verwenden, vor etwa zehn Milliarden Jahren bei der Explosion einer Supernova. Sie sind in vielen Produkten enthalten, die wir als selbstverständlich für unser tägliches Leben ansehen – in Leuchtstofflampen, in den Festplatten von PCs, Mobiltelefonen, Elektrofahrzeugen und vielen anderen Alltagsprodukten.

Rein physikalisch gesehen sind seltene Erden nicht knapp. Sie sind in der Erdkruste sogar noch häufiger anzutreffen als viele andere Metalle wie beispielsweise Gold, Uran oder Zinn. Allerdings werden sie als selten betrachtet, da wirtschaftlich ausbeutbare Vorkommen weniger häufig sind als bei den meisten anderen Erzen. Da es keine Möglichkeit gibt, sie künstlich zu reproduzieren, verfügen wir nur über eine begrenzte Menge dieser Materialien, und es gibt keine Alternative für sie.

Anwendungen seltener Erden

Mit ihren einzigartigen magnetischen, katalytischen und optischen Eigenschaften werden seltene Erden in vielen Hightech- und kohlenstoffarmen Technologien verwendet, von Festplatten, Elektrofahrzeugen und Glasfaserkabeln über Raketenleitsysteme, Medizinprodukte und bis hin zu sauberen Energietechnologien.

In modernen Technologien werden vor allem die folgenden fünf Mineralien der seltenen Erden häufig verwendet: Tantal, Silber, Lithium, Gallium und Indium. Tantal wird beispielsweise aufgrund seiner Energiespeicherkapazität oft in elektronischen Kondensatoren für Computer und Mobiltelefone verwendet. Dank seiner geringen Ausfallrate wird es auch für elektronische Bauteile in der Automobil- sowie in der Luft- und Raumfahrt, in der Atomenergiebranche und in Windkraftanlagen eingesetzt.

Ein weiteres wichtiges Seltenerdmineral, Gallium, wird in seiner flüssigen Form für Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Bildschirme und Solarpaneele verwendet. Gallium hat einen niedrigen Schmelzpunkt, jedoch einen hohen Siedepunkt, und wird daher aufgrund seiner Wärmübertragungs- und Kühleigenschaften in Form von Galliumarsenid- (GaAs) und Galliumnitrid-Verbindungen (GaN) in Halbleitern verwendet.

Mangelware

Der komplizierte Recyclingprozess und die Umweltauswirkungen dieser Materialien gehören zu den Gründen für die Knappheit von Mineralien der seltenen Erden. Manche Mineralien wie beispielsweise Gold können durch Recycling aus Altgeräten gewonnen werden. Es ist jedoch schwieriger, seltene Erden zu recyceln, da das dazu notwendige, als „smelting“ (Einschmelzen, Verhütten) bekannte Verfahren sehr energieintensiv ist, schädliche Emissionen verursachen kann und weitere, nachgelagerte Trennprozesse erfordert.

Auch die Tatsache, dass die Menschen heutzutage immer mehr Technologieprodukte besitzen, allerdings nicht wissen, wie diese wiederverwendet oder recycelt werden können, trägt zur Knappheit seltener Erden bei. Laut einer von der Royal Society of Chemistry in Auftrag gegebenen Umfrage von Ipsos MORI findet sich in 51 Prozent der britischen Haushalte mindestens ein ungenutztes elektronisches Gerät. Und in 82 Prozent dieser Fälle besteht wiederum keine Absicht, diese Geräte zu recyceln oder zu verkaufen. Das Horten redundanter Technologien ist während der COVID-19-Pandemie sogar noch häufiger geworden, da zahlreiche Menschen auf Telearbeit und Teleunterricht umgestiegen sind.

Elemente der seltenen Erden werden verwendet, um hochfeste Permanentmagnete zu erzeugen, welche die Produktion von Verbraucherelektronik (zum Beispiel Mobiltelefone und Laptops), aber auch von Automatisierungstechnologien, die in der Fertigungsindustrie eingesetzt werden, ermöglicht haben. Servomotoren benötigen zum Beispiel magnetische Materialien, die Neodym und Dysprosium enthalten. Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, könnte die rasch wachsende Nachfrage nach magnetischen seltenen Erden wie Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium in den nächsten zwei Jahrzehnten das verfügbare Angebot übersteigen.

Kreislaufwirtschaft

Um die weltweite Nutzung seltener Erden einzuschränken, könnten Hersteller in Erwägung ziehen, ihr traditionelles, lineares Wirtschaftsmodell durch ein Kreislaufmodell zu ersetzen. In der Kreislaufwirtschaft werden Produkte und Materialien am Ende ihrer Lebensdauer gesammelt, aufbereitet und wiederverwendet. Kommt es jedoch zum Ausfall von Automatisierungsbauteilen, die seltene Erden enthalten, kann die Beschaffung obsoleter oder wiederaufbereiteter Teile trotzdem eine nachhaltigere Lösung darstellen.

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