Von Hans-Arthur Marsiske
21.04.2012

Der Stoff, der die Daten leuchten lässt

Seltene Erden sind die Rohstoffstars des Elektronikzeitalters - dank spezieller Eigenschaften ihrer Atome

Die Letzten werden die Ersten sein - die christliche Prophezeiung bezieht sich eigentlich auf die Umkehrung der menschlichen Verhältnisse am Tag des Jüngsten Gerichts. Für eine exotische Gruppe von Metallen bewahrheitet sie sich aber schon heute: Die Seltenen Erden waren die letzten Rohstoffe, die die Menschen gelernt haben, industriell zu nutzen. Nun zeigt sich: Es sind auch die ersten, deren Vorräte sich erschöpfen.

China hat dafür gesorgt, dass die zunehmende Knappheit ins breitere Bewusstsein gedrungen ist. Mehrfach hat das Land in den letzten Jahren die Ausfuhr an Seltenen Erden beschränkt und damit insbesondere westliche Länder unter Druck gesetzt. Die zählen zu den größten Verbrauchern dieser Rohstoffe, während China 97 Prozent der gefragten Metalle liefert.

Warum diese Aufregung um die silbrigen, weichen Metalle, die sich alle sehr ähnlich sehen? Selbst für Chemiker sind die insgesamt 17 Elemente so schwer zu unterscheiden, dass es mehr als hundert Jahre dauerte, bis alle identifiziert waren. Bis in die 1950er-Jahre hinein interessierte sich außer ein paar verschrobenen Wissenschaftlern kaum jemand für die exotischen Substanzen, die auch im Stoffwechsel von Lebewesen keine Rolle spielen.

Erst das Elektronikzeitalter verhalf den Seltenen Erden zu einer steilen Karriere: Metalle mit so seltsamen Namen wie Yttrium, Europium oder Dysprosium waren die Stoffe, die die Daten leuchten ließen und Büros erhellten. In Farbbildröhren waren sie ebenso verarbeitet wie in Leuchtstofflampen. Andere Seltene Erden helfen, die Daten festzuhalten: Experten des Öko-Instituts in Freiburg schätzen, dass allein in den Festplatten der im Jahr 2008 weltweit verkauften PC insgesamt etwa 1700 Tonnen des wegen seiner magnetischen Eigenschaften geschätzten Neodyms verarbeitet wurden.

Ihre Rolle als Superstars der digitalen Welt verdanken die Seltenen Erden den komplexen Elektronenhüllen ihrer Atome. Nach außen hin sehen diese bei allen zunächst gleich aus, woraus auch die enge chemische Verwandtschaft resultiert. Bei allen Elementen sind es die Elektronen der äußersten Schalen, die Verbindungen zu anderen Atomen herstellen und so Moleküle bilden. Die Unterschiede finden sich bei den Seltenen Erden zwei Schichten tiefer, in der Elektronenschale, die von Physikern 4f-Niveau genannt wird und die an chemischen Reaktionen nicht beteiligt ist. Hier hat jedes Seltene-Erden-Element seine eigene, unverwechselbare Struktur, die ihm sehr individuelle Eigenschaften verleiht.

Mit Neodym etwa lassen sich die derzeit stärksten Dauermagnete erzeugen. Das ermöglichte erst den Bau von bassstarken Ohrhörern für den Musikgenuss. Das Metall wird gegenwärtig aber vor allem in Windkraftanlagen verarbeitet. Denn dank der starken Magnete kann die Rotordrehung direkt auf den Stromgenerator übertragen werden, ohne dass ein Getriebe dazwischen geschaltet sein muss. Das senkt den Wartungsaufwand und ist daher besonders attraktiv für Windräder im Offshore-Betrieb vor der Küste. Bis zu einer Tonne Neodym können in einer einzelnen Anlage stecken. Und mit einem Zusatz der Seltenerdmetalle Dysprosium oder Terbium bleibt die Magnetkraft auch bei Temperaturen über 200 Grad Celsius noch erhalten.

Yttrium dient in Verbindung mit Aluminiumoxid als Wirtskristall für Festkörperlaser, die sehr reines Licht einer Wellenlänge erzeugen. Diese Wellenlänge wiederum lässt sich durch Zugabe von Erbium oder Neodym verändern.

Bis auf Yttrium und Scandium zählen alle Seltenen Erden zu den Lanthanoiden, den »Lanthan-ähnlichen«. An die mögen sich manche Leser noch aus dem Chemieunterricht erinnern - als die seltsamen Elemente, die nicht richtig ins Periodensystem passten. Ebenso wie die eine Zeile darunter angeordneten Actinoiden wurden sie oft als Nebengruppen separat aufgeführt. Diese Nähe in der Tabelle spiegelt sich auch in der Natur: Seltene Erden reichern sich in der Erdkruste fast immer zusammen mit radioaktiven Actinoiden wie Uran und Thorium an.

Beim Abbau Seltener Erden, die selbst nicht radioaktiv sind, entstehen daher immer strahlende Abfälle, die zusammen mit anderen giftigen Chemikalien zumeist in künstlichen Seen gelagert werden und von dort in die Umwelt gelangen können.

Die Mühen und Risiken, die mit der Förderung Seltener Erden verbunden sind, wären ein zwingender Grund, sie dort zu suchen, wo man sie sicher findet: in den rasch wachsenden Bergen des Elektronikschrotts. Ausgerechnet in den Ländern, die sich jetzt so lautstark und selbstbewusst über Chinas Exportrestriktionen beschweren, steckt das Recycling Seltener Erden jedoch noch in den Anfängen. »Eine nennenswerte Rückgewinnung findet, abgesehen von wenigen Ausnahmen wie zum Beispiel neodymhaltige Magnete, derzeit noch nicht statt«, stellt Mathias Kersten, Chemiker beim Wissenschaftlichen Dienst des Bundestages, fest. Es würden allerdings »erste Anstrengungen« unternommen, um Seltene Erden aus den Leuchtstoffen beim Energiesparlampen-Recycling wiederzugewinnen.

Bis aus diesen ersten Ansätzen funktionierende Recycling-Verfahren im großen Maßstab werden, dürften fünf bis zehn Jahre vergehen. Das ist das ernüchternde Ergebnis einer Studie des Freiburger Öko-Instituts, das dafür zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen zum Thema durchgesehen hat. Dabei fällt auf: Die meisten der zitierten Forschungen stammen aus China. Offenbar hat das Reich der Mitte auch beim Bemühen um einen nachhaltigen Umgang mit diesen knappen Rohstoffen schon die Nase vorn.

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