Die Zukunft des nachhaltigen Abbaus seltener Erden
Quelle: AZO MiningWas sind Seltene Erden und wo kommen sie vor?Seltene Erden (REEs) umfassen 17 metallische Elemente, die aus 15 Lanthaniden im Periodensystem bestehen:LanthanCerPraseodymNeodymPromethiumSamariumEuropiumGadoliniumTerbiumDysprosiumHolmiumErbiumThuliumYtterbiumUtetiumScandiumYttriumDie meisten von ihnen sind nicht so selten, wie der Gruppenname vermuten lässt, sondern wurden im 18. und 19. Jahrhundert benannt, im Vergleich zu anderen, häufigeren „Erd“-Elementen wie Kalk und Magnesia.Cer ist das am häufigsten vorkommende Seltene Erden und häufiger als Kupfer oder Blei.Aus geologischer Sicht kommen Seltene Erden jedoch selten in konzentrierten Lagerstätten vor, da ihr Abbau beispielsweise aufgrund von Kohleflözen wirtschaftlich schwierig ist.Sie kommen stattdessen in vier seltenen Hauptgesteinsarten vor: Karbonatiten, ungewöhnlichen magmatischen Gesteinen, die aus karbonatreichen Magmen, alkalischen magmatischen Umgebungen, ionenabsorbierenden Tonlagerstätten und Monazit-Xenotim-haltigen Seifenlagerstätten entstehen.China baut 95 % der Seltenen Erden ab, um die Nachfrage nach Hightech-Lebensstilen und erneuerbarer Energie zu deckenSeit Ende der 1990er Jahre dominiert China die Produktion seltener Erden und nutzt dafür seine eigenen Ionenabsorptionstonlagerstätten, die als „Südchinesische Tone“ bekannt sind.Für China ist dies wirtschaftlich, da sich Seltene Erden mithilfe schwacher Säuren leicht aus den Tonvorkommen extrahieren lassen.Seltene Erden werden für alle Arten von Hightech-Geräten verwendet, darunter Computer, DVD-Player, Mobiltelefone, Beleuchtung, Glasfaser, Kameras und Lautsprecher und sogar militärische Ausrüstung wie Düsentriebwerke, Raketenleitsysteme, Satelliten und Raketenabwehr.Ein Ziel des Pariser Klimaabkommens von 2015 ist es, die globale Erwärmung auf unter 2 °C, vorzugsweise 1,5 °C, gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Dies hat zu einer erhöhten Nachfrage nach erneuerbaren Energien und Elektroautos geführt, die ebenfalls Seltene Erden benötigen.Im Jahr 2010 kündigte China an, dass es seine Seltenerdmetallexporte reduzieren werde, um die steigende Nachfrage zu decken, gleichzeitig aber seine beherrschende Stellung als Lieferant von Hightech-Geräten für den Rest der Welt aufrechterhalten wolle.China verfügt zudem über eine starke wirtschaftliche Position, um die Versorgung mit seltenen Erden zu kontrollieren, die für erneuerbare Energien wie Solarmodule, Wind- und Gezeitenkraftturbinen sowie Elektrofahrzeuge benötigt werden.Projekt zur Gewinnung seltener Erden aus Phosphogyps-DüngemittelnPhosphogips ist ein Nebenprodukt der Düngemittelproduktion und enthält natürlich vorkommende radioaktive Elemente wie Uran und Thorium. Aus diesem Grund wird er unbegrenzt gelagert, was mit der Gefahr der Verschmutzung von Boden, Luft und Wasser einhergeht.Aus diesem Grund haben Forscher der Pennsylvania State University einen mehrstufigen Ansatz entwickelt, bei dem künstlich hergestellte Peptide – kurze Aminosäureketten – zum Einsatz kommen, mit denen Seltene Erden mithilfe einer speziell entwickelten Membran präzise identifiziert und getrennt werden können.Da herkömmliche Trennmethoden nicht ausreichen, zielt das Projekt darauf ab, neue Trenntechniken, Materialien und Prozesse zu entwickeln.Das Design basiert auf einer computergestützten Modellierung, die von Rachel Getman, der leitenden Forscherin und außerordentlichen Professorin für chemische und biomolekulare Verfahrenstechnik in Clemson, entwickelt wurde. Die Forscherinnen Christine Duval und Julie Renner entwickeln die Moleküle, die sich an bestimmte Seltene Erden heften.Greenlee wird ihr Verhalten im Wasser untersuchen und die Auswirkungen auf die Umwelt sowie die unterschiedlichen wirtschaftlichen Potenziale unter verschiedenen Konstruktions- und Betriebsbedingungen bewerten.Lauren Greenlee, Professorin für Chemieingenieurwesen, behauptet: „Heute sind allein in Florida schätzungsweise 200.000 Tonnen Seltenerdelemente in unverarbeitetem Phosphorgipsabfall eingeschlossen.“Das Team stellt fest, dass die traditionelle Gewinnung mit ökologischen und wirtschaftlichen Hindernissen verbunden ist, da sie derzeit aus Verbundwerkstoffen gewonnen werden, was die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordert und arbeitsintensiv ist.Der Schwerpunkt des neuen Projekts liegt auf der nachhaltigen Rückgewinnung dieser Stoffe und kann aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen in größerem Maßstab umgesetzt werden.Bei Erfolg des Projekts könnte es zudem die Abhängigkeit der USA von China bei der Versorgung mit Seltenen Erden verringern.Projektfinanzierung der National Science FoundationDas REE-Projekt der Penn State University wird durch einen vierjährigen Zuschuss in Höhe von 571.658 US-Dollar (insgesamt 1,7 Millionen US-Dollar) finanziert und ist eine Zusammenarbeit mit der Case Western Reserve University und der Clemson University.Alternative Wege zur Rückgewinnung von Seltenen ErdenDie RRE-Rückgewinnung erfolgt typischerweise in kleinen Verfahren, üblicherweise durch Auslaugen und Lösungsmittelextraktion.Obwohl es sich um einen einfachen Prozess handelt, erfordert das Auslaugen eine große Menge gefährlicher chemischer Reagenzien und ist daher aus kommerzieller Sicht unerwünscht.Die Lösungsmittelextraktion ist eine effektive Technik, jedoch nicht sehr effizient, da sie arbeitsintensiv und zeitaufwändig ist.Eine weitere gängige Methode zur Gewinnung seltener Erden ist das Agromining, auch bekannt als E-Mining. Dabei wird Elektroschrott wie alte Computer, Telefone und Fernseher aus verschiedenen Ländern zur Gewinnung seltener Erden nach China transportiert.Nach Angaben des UN-Umweltprogramms fielen im Jahr 2019 über 53 Millionen Tonnen Elektroschrott an, darunter Rohstoffe im Wert von rund 57 Milliarden US-Dollar, die Seltene Erden und Metalle enthielten.Obwohl es oft als nachhaltige Methode zum Recycling von Materialien angepriesen wird, bringt es auch seine eigenen Probleme mit sich, die noch überwunden werden müssen.Der Agrobergbau erfordert viel Lagerraum, Recyclinganlagen und Deponieabfälle nach der Seltenerdmetallgewinnung. Zudem sind Transportkosten erforderlich, die die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordern.Das Projekt der Penn State University hat das Potenzial, einige der mit herkömmlichen Methoden zur Gewinnung seltener Erden verbundenen Probleme zu überwinden, wenn es seine eigenen ökologischen und wirtschaftlichen Ziele erreichen kann.Beitragszeit: 04.07.2022
