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Seltene Erden und Automatisierungstechnik - Teil 1

Seltene Erden - Gewinnung und strukturelle Probleme

Produktion Seltene Erden in China.

 

Die Medien haben allgemein verbreitet: Seltene Erden seien für Hightech unverzichtbar aber knapp geworden, nachdem China als Hauptlieferant seine Exporte gedrosselt hat. Die Verfügbarkeit von Schlüsselkomponenten für Hightech und grüne Produkte sei bedroht. Das ist nicht falsch, doch beeinflussen strukturelle Probleme die Versorgungslage zu Seltenen Erden. Diese berücksichtigen die Medien im allgemeinen nur am Rande oder gar nicht.

Gewinnung Seltener Erden - Siebzehnfüßler außer Tritt

10. Juli 2012 - Seltene Erden umfassen 17 Metalle und treten bekanntlich gar nicht so selten auf, wie ihr Name nahe legt. So ist das seltenste stabile Element der Seltenen Erden, Thulium, noch häufiger als Gold oder Platin vorhanden.1

 

Diese 17 Seltenen Erdoxide „kommen nur gemeinsam vor und können auch nur gemeinsam abgebaut werden“ stellt die Deutsche Rohstoffagentur fest.2

 

Zu dieser einfachen Tatsache gesellt sich eine zweite mit weitreichenden Folgen: Die Anteile der 17 Metalloxide in den Vorkommen sind höchst unterschiedlich.3

 

Es ist üblich, die Seltenen Erden in leichte und schwere Seltene Erden zu unterteilen. Die meisten der leichten Seltenen Erden haben in den Lagerstätten Anteile von 90% und mehr, während die schweren Seltenen Erden nur auf Anteile zwischen 1,4% bis 4% kommen.4

 

Diese Tatsache erzeugt eine disproportionale Angebotsstruktur mit größeren Angebotsmengen bei den einen, gleichzeitig aber sehr geringen Angebotsmengen bei den anderen Elementen. Hinzu kommt, dass der Abbau kaum standardisiert erfolgt, da jedes Erzvorkommen unterschiedlich ist und deshalb einen spezifischen Abbau erfordert.5

 

So gleicht die Gewinnung der Seltenen Erden einem Siebzehnfüßler, der außer Tritt gekommen sich ungeordnet bewegt.

Struktur von Angebot und Nachfrage passt zusammen wie zwei linke Hände

Anwendungen für Seltene Erden.
Quelle: REITA - Rare Earth Technology and Technology Association, 2009.

Wäre die Nachfrage nach Seltenen Erden ebenso disproportional wie ihr Angebot, so träte hier kein Problem auf. Es ist aber nicht so. Immer wieder brauchen die Hightech-Anwendungen gleichzeitig leichte und schwere Seltene Erden. Das zeigt sich auch in der Automatisierungstechnik.

 

Permanenterregte Synchronmotoren wie der Servomotor brauchen das leichte Element Neodym (Nd) für hochmagnetische Wirkung und das schwere Element Dysprosium (Dy), damit die starke magnetische Wirkung auch bei Temperaturen oberhalb von 80 Grad Celsius anhält.6

 

Mikromotoren für Sensoren oder Festplatten benötigen ebenfalls Nd und Dy sowie Terbium (Tb, schweres Element) und Praseodym (Pr, leichtes Element).7

 

Glasfaserkabel benötigen die schweren Elemente Yttrium (Y), Terbium (Tb), Erbium (Er) und das mittelschwere Element Europium (Eu).

 

Flachbildschirme benötigen für brillante Farben die leichten Elemente Pr, Cerium (Ce), die mittelschweren Elemente Eu und Gadolinium (Gd) sowie die schweren Elemente Y und Tb.

 

In der Automobiltechnik benötigen Hybrid- und Elektrofahrzeuge sowie die Start-Stopp-Automatiken die leichten Elemente Nd und Pr sowie die schweren Elemente Dy und Tb.

 

Wind- und Wasserkraftanlagen benötigen ebenfalls leichte (Nd, Pr) und schwere Elemente (Dy, Tb).

 

Neben dieser keineswegs vollständigen Aufzählung vom kombinierten Einsatz leichter und schwerer Elemente nutzen viele Anwendungen nur leichte oder nur schwere Elemente. Die amerikanische Rare Earth Industry and Technology Association (REITA) hat sie anschaulich zusammengestellt.

Militärische Anwendungen für Seltene Erden.
Quelle: REITA - Rare Earth Industry and Technology Association, 2009, www.reitaglobal.org.

Aus der Aufstellung der REITA geht auch die militärische Nutzung der Seltenen Erden hervor. Diese kommen in der Leit- und Antriebstechnik von Drohnen, Cruise Missiles, Zerstörern, Kampfwagen und Bomben ebenso zum Einsatz wie bei Anzeigen und Displays von Nachtsichtgeräten oder Cockpits von Kampfflugzeugen.  Auch Radargeräte, Sonarechos von U-Booten und Geigerzähler brauchen Seltene Erden.

 

Es ist offensichtlich, dass die geologisch bedingte Angebotsstruktur mit der ökonomisch bedingten Nachfragestruktur zusammen passt wie zwei linke Hände. Daraus resultierten disproportionale Mengen von Angebot und Nachfrage sowie steigende Preise.

 

Die Preise und die Mengen von Angebot und Nachfrage bis 2015 behandeln die nächsten beiden Abschnitte.

Die Preise von Seltenen Erden lassen Umweltschutz bisher außen vor

Die Produktion von Seltenen Erden ist sehr prozessintensiv. Denn die Erze, aus denen die Seltenen Erden gelöst werden, sind sehr verschiedenartig, erfordern also eine eher anwendungsspezifische als eine standardisierte Gewinnung.8 Weiterhin verlangt die chemische Ähnlichkeit der Seltenen Erden zahlreiche Prozessschritte, die zwischen 100 und 1000 Schritte umfassen können.9

Produktion von Seltenen Erden in China.
Ein Arbeiter füllt in einer Fabrik in Damao, China, das Seltene Erden Element Lanthanum in eine Gießform. Foto: Reuters/David Gray 2010.

 

Diese technischen Anforderungen mögen sich bisher in den Preisen der Seltene Erden widergespiegelt haben. Nicht aber der Umweltschutz.

 

Bei der Gewinnung von Seltenen Erden entstehen Umweltgifte für Mensch und Natur. Dazu gehören der Säureeinsatz und die Radioaktivität.

Seltene Erden: Lagerung und Verschmutzung in China.
Rohre leiten giftige Abwasser aus einer benachbarten Verhüttung von Seltenen Erden in der Nähe von Baotou, China, in ein riesiges Auffangbecken. Foto: Reuters/David Gray 2010.

Große Mengen von Säuren werden zur Herauslösung der Seltenen Erden aus den Erzen eingesetzt. Der Arbeitsschutz vor diesen Säuren wie ihre nachhaltige Entsorgung gehören zu den Produktionskosten.

 

Die meisten Lagerstätten von Seltenen Erden enthalten radioaktive Materialien, insbesondere Thorium.10 Thorium ist ein Alpha und Gamma-Strahler und deshalb besonders gefährlich beim Einatmen und Trinken.11 Üblicherweise wird es zusammen mit den gelösten Erzen in ein Auffangbecken geleitet. In Baotou, China, umfasst dieser „See der Seltenen Erden“ schätzungsweise 150 Millionen Tonnen Abraum, davon 90.000 Tonnen Thorium. Das bedeutet eine extreme Gefährdung des Grundwassers und der Atemluft. Darüber strahlte die ARD in der Sendung „Panorama“ im April 2011 einen Bericht aus.12

 

Nicht nur in China, auch in den USA führte und führt die Gewinnung von Seltenen Erden zu massiven Umweltproblemen. In der Mountain Pass-Mine in den USA, die 2002 stillgelegt wurde, sind 1977 mehr als 7 Millionen Liter radioaktiven Wassers ausgetreten und haben weite Teile des San Bernardino Countys verseucht.13

 

Arbeitsschutz und Umweltschutz bei der Gewinnung von Seltenen Erden müssen gewährleistet sein. Da dies gegenwärtig offensichtlich nicht der Fall ist, enthalten auch die Preise der Seltenen Erden noch nicht die Kosten dieses Schutzes. Seine Berücksichtigung wird zu höheren Preisen der Seltenen Erden führen.

 

Dieses Strukturproblem der Preishöhe ist von spekulationsgetriebenen Preissteigerungen im Jahr 2011 zu unterschieden. Dies wird Teil 3 behandeln.

 

 

Teil 1: Seltene Erden: Gewinnung und strukturelle Probleme

Teil 2: Angebot und Nachfrage zu Seltenen Erden bis 2016

Teil 3: Preisprobleme bei Seltenen Erden

Teil 4: Die Rolle von China bei Seltenen Erden


[1] Wikipedia, Metalle der Seltenen Erden
[2] Elsner, Harald: Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden - Entwicklung "Grüner Technologien" gefärdet? In: Commodity Top News, Nr. 36, hrsg. von Deutsche Rohstoffagentur (DERA) in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), S.1, September 2011
[3] Ebenda
[4] Ebenda
[5] D.J. Kingsnorth, Meeting the Challenges of Supply this Decade, März 2011
[6] Elsner, Commodity Top News, Nr. 36, S. 2
[7] Rare Earth Industry and Technology Association (REITA), Commercial Applications for Rare Earth Technologies, 2009. Internet www.reitaglobal.org. Gleichfalls die weiteren Anwendungen im Text.
[8] Kingsnorth, Meeting the Challanges, S. 6
[9] L. Levkowitz, N. Beauchamp-Mustafaga, China’s Rare Earth Industry and its Role in the International Market. In: U.S.-China Economic and Security Review Commission Staff Backgrounder, p. 1
[10] Seltene Erden – Daten & Fakten, S. 2, Öko-Institut e.V., Januar 2011
[11] Wikipedia, Thorium
[12] ARD Sendung Panorama Nr. 739 vom 28.4.2011
[13] Seltene Metalle und Seltene Erden, Industry Report von Midas Research, 1.4.2011, S. 20

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