Seltene Erden: Warum sie so wichtig sind
- Veröffentlicht: 19.01.2023
- 07:45 Uhr
- Peter Schneider
Ohne die Metalle der Seltenen Erden würde unsere moderne Gesellschaft kaum mehr funktionieren. Hier liest du, wo sie zum Einsatz kommen und warum sie überall verzweifelt gesucht werden.
Das Wichtigste zum Thema Seltene Erden
Es war die Schlagzeile des Tages: Das schwedische Bergbauunternehmen LKAB meldete am 12. Januar das größte Vorkommen Seltener Erden in Europa gefunden zu haben.
Danach sollen in der Gegend um das nordschwedische Kiruna mehr als eine Million Tonnen Erze der begehrten Elemente liegen (siehe weiter unten). Ein ungewöhnlicher Fund: Laut LKAB werden im Moment nirgendwo in Europa Seltene Erden abgebaut.
Seltene Erden - auch Seltenerdmetalle und Metalle der Seltenen Erden genannt - sind insgesamt 17 Elemente mit zum Verwechseln ähnlichen Eigenschaften.
Unersetzlich: In der modernen High-Tech-Welt sind die Metalle nicht wegzudenken. Sie stecken beispielsweise in jedem Smartphone, Tablet oder PC.
Bisher hat China den Weltmarkt derart dominiert, dass die europäischen Staaten und die USA jetzt auch versuchen, selbst Seltene Erden abzubauen.
Kostbare Erde
Was sind Seltene Erden?
Viele Eigenschaften der Seltenen Erden sind so ähnlich, dass Chemiker:innen sie manchmal wie ein einziges Element behandeln. Daher überschneiden sich viele Einsatzgebiete. Andere Eigenschaften, wie zum Beispiel ihr Schmelzpunkt, variieren. Sie können daher in zahlreichen Spezialgebieten eingesetzt werden.
Übersicht: Alle Seltenen Erden auf einen Blick
- Scandium (Sc): Wird unter anderem in für Brennstoffzellen, Röntgentechnik und Laser verwendet.
- Yttrium(y): Wird unter anderem in LCDs und für Brennstoffzelle verwendet.
- Lanthan (La): Wird unter anderem in Nickel-Metallhydrid-Akkus für Elektro- und Hybridautos, Laptops und Katalysatoren verwendet.
- Cer (Ce): Wird unter anderem in Auto-Katalysatoren, UV-Licht-Schutzgläsern und Poliermittel verwendet.
- Praseodym (Pr): Wird unter anderem in Dauermagneten, Flugzeugmotoren, Elektromotoren verwendet.
- Neodym (Nd): Wird unter anderem in Dauermagneten für Elektromotoren verwendet.
- Promethium (Pm): Wird wegen seiner Radioaktivität unter anderem in Leuchtziffern und als Wärmequellen für Raumsonden und Satelliten verwendet.
- Samarium (Sm): Wird unter anderem in Dauermagneten verwendet.
- Europium (Eu): Wird unter anderem in Euro-Geldscheinen gegen Fälschungen verwendet. Europium das leichteste aller Schwermetalle.
- Gadolinium (Gd): Wird unter anderem in Kontrastmittel in der Kernspintomographie verwendet.
- Terbium (Tb): Wird unter anderem als Legierung in Dauermagneten verwendet.
- Dysprosium (Dy): Wird unter anderem in Dauermagneten und Atomreaktoren verwendet.
- Holmium (Ho):Wird unter anderem in Hochleistungsmagneten und Kernreaktoren verwendet.
- Erbium (Er): Wird unter anderem in medizinischen Lasern verwendet.
- Thulium (Tm): Wird unter anderem in TV-Apparaten und in der Röntgentechnik verwendet.
- Ytterbium (Yb): Wird unter anderem in Infrarotlasern verwendet.
- Lutetium (Lu): Wird unter anderem in Tomographien verwendet.
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Wofür Seltene Erden gebraucht werden
Seltene Erden: Warum sie so wichtig sind
Im VW-Werk Zwickau werden Autos zu einem großen Teil von Robotern gebaut. Doch ohne Seltene Erden würde auch dort kaum ein Auto vom Band laufen, da sie Bestandteil wichtiger Bauteile von Elektromotoren sind. Allein in einem gewöhnlichen Auto stecken bis zu 35 Elektromotoren.
Der Kern der Sache: Mit Eisen bildet Neodym extrem harte Legierungen für Dauermagneten - wichtiger Bestandteil der Elektromotoren.
Auch grüne Technik braucht Seltene Erden: In Elektroautos arbeiten Nickel-Metallhydrid-Akkus mit Lanthan.
Seltene Erden befinden sich in Auto-Katalysatoren und helfen mit, die Schadstoff-Belastung zu reduzieren.
Mag nicht jedermanns Sache sein, doch ohne Seltene Erden fällt auch ein Großteil der Weihnachtsbeleuchtung aus. Denn die Metalle stecken in LEDs.
Ohne Lanthan wüssten wir vielleicht nicht, wie Baby-Zecke aussehen. Denn eine Lanthanverbindung (LaB6) schmilzt erst bei über 2.500 Grad Celsius, verdampft aber schon bei geringem Druck. Das macht sie für Elektronenmikroskope zur ersten Wahl.
Gadolinium dient unter anderem als Kontrastmittel in der Kernspintomographie und als grüner Leuchtstoff auf Radar-Bildschirme.
Etwa zwölf Prozent der Seltenen Erden gehen in Spezialgläser, wie hier bei der Herstellung einer Linse bei Carl Zeiss Jena, die bei der Produktion von Computerchips eingesetzt wird. Gleichzeitig stecken sie auch in Poliermitteln, um Spezialgläser zu schleifen.
Seltene Erden: Wo sind sie zu finden?
🌎 Kurios: Sie sind gar nicht so selten, sondern kommen in vielen Mineralen der Erdkruste vor. Eine der Seltenen Erden, Cer, kommt häufiger vor als Blei und Kupfer. Selbst Thulium, die "seltenste Erde", ist immer noch häufiger als Gold.
👴 Allerdings finden die Bergleute sie nur sehr selten in konzentrierter Form, sondern meist an Sauerstoff gebunden als Oxid. Darum heißen sie auch "Erden", früher der Begriff für Oxid. In reiner Form wie Gold gibt es sie gar nicht.
🖼️ Unzertrennlich: Seltene Erde kommen in der Natur immer als Mischung vor. Von den 160 Mineralen, in denen sie vorkommen, werden aber nur vier abgebaut. Das wichtigste nennt sich Bastnasit und enthält bis zu 70 Prozent an Seltenen Erden.
⚗️ Die einzelnen Elemente müssen immer in aufwendigen Verfahren voneinander getrennt werden. Häufig werden die Erze erst mit Säure chemisch gespalten und herausgetrennt. Am Ende lassen sich zu 99,9999999 Prozent reine Elemente gewinnen.
🏆 Oft gewinnen Bergbaunternehmen Seltene Erden als Nebenprodukt, wenn sie andere Erze abbauen.
⚒️ Die größten, bisher bekannten Vorkommen liegen im Norden von China, in Westaustralien und Grönland - und jetzt in Schweden.
Das steckt hinter dem Seltene-Erden-Fund von Kiruna
Laut dem Unternehmen LKAB haben seine Bergleute bereits begonnen, in 700 Meter Tiefe einen kilometerlangen Stollen aus der bestehende Eisenmine in das neue Vorkommen zu treiben. Knackpunkt: LKAB muss nicht nur ermitteln, ob es sich wirtschaftlich lohnt, die Vorkommen auszubeuten, sondern auch eine Mine dazu bauen. Es könnte noch Jahre dauern, bis das Unternehmen die Seltene-Erden-Erze abbaut.
Die Umgebung von Kiruna ist eines der bedeutendsten Bergbaugebiete in Europa. Die Eisenerzvorkommen unter der Stadt sind so groß, dass sie in den kommenden Jahren abgebrochen und fünf Kilometer weiter wieder aufgebaut werden soll. Weil der Bergbau die Gegend wohlhabend gemacht hat, ziehen die Einwohner:innen weitgehend mit.
Darum sind Seltene Erden so wichtig
⛏️ Jährlich fördern weniger als zehn Länder nur etwa 200.000 Tausend Tonnen Seltene-Erden-Oxide.
💰 Problem: 2010 förderte China mehr als 97,5 Prozent davon. Zwar ist der Anteil mittlerweile auf etwa 60 Prozent gesunken (Stand Februar 2022). Doch da Europa seine Seltenen Erden immer noch zu 90 Prozent aus China bezieht, besitzt es zumindest aus deutscher Sicht ein Quasi-Monopol.
🏭 Westliche Regierungen planen daher, eigene Förder- und Produktionskapazitäten aufzubauen.
☠️ Die Verarbeitung ist aber aufwendig und umweltschädlich - die Metalle werden unter anderem mit Säuren und Laugen ausgewaschen. Mit westlichen Umweltstandards ist ihre Produktion kaum wettbewerbsfähig.
📈 Die Elemente werden aber dringend gebraucht. Wegen der Elektrisierung des Autoverkehrs braucht die globale Wirtschaft bis 2030 das Fünffache der heutigen Förderung.
Ohne Seltene Erden keine Energiewende
Die Entdeckung und Erforschung der Seltenen Erden
🔬 Unzertrennlich: Seltene Erden sind so schwer zu unterscheiden, dass Chemiker:innen mehr als 100 Jahre brauchten, um alle einzeln zu identifizieren.
⛰️ 1787 fand ein schwedischer Offizier ein bisher unbekanntes, schwarzes Mineral. Was noch keiner wusste: Darin steckte eine Mischung Seltener Erden.
☄️ Sechs Jahre später konnten Chemiker das erste Seltene-Erden-Metall isolieren: Cer. Sie benannten es nach dem gerade entdeckten Zwergplaneten Ceres.
🥂 Als letztes natürlich vorkommendes Seltene-Erdelement wurde 1907 Lutetium entdeckt. Das Problem: es war lange gar nicht bekannt, wie viele es davon gab.
⚔️ Streit: In den Jahrzehnten dazwischen behaupteten Wissenschaftler:innen immer wieder eines der SEE-Elemente gefunden zu haben - und lagen häufig daneben. Um Ytterbium und Lutetium entbrannte der längste Ich-hab's-gefunden-Streit der Chemiegeschichte.
☢️ Erst 1947 fanden Chemiker Promethium, das letzte der Seltenen Erden. Da es radioaktiv ist und schnell vergeht, kommt es nur beim Zerfall anderer Elemente vor, beispielsweise von Uran.
Häufige Fragen zu Seltenen Erden
Seltene Erden sind eine Gruppe von 17 chemischen Elementen mit sehr ähnlichen Eigenschaften. Ein Großteil wird in China gewonnen. Einsatzgebiete sind unter anderem Elektromotoren und LED-Chips.
Der Preis von Seltene Erden (SEE) hängt vom jeweiligen Element und seiner Form ab. Cer in Oxidform gibt es ab etwa 1,50 Euro pro Kilogramm, Terbium-Oxid für mehr fast 1.800 Euro. Wobei die Preise aber stark schwanken. Der Preis für Samarium-Oxid hat sich beispielsweise Ende 2021 innerhalb weniger Wochen auf fast 3,50 Euro das Kilogramm verdoppelt.
Auch in Deutschland gibt es Seltene Erden. Im sächsischen Delitzsch wurde zwar ein Vorkommen entdeckt und erkundet. Es wurde aber nicht ausgebeutet, da sich herausstellte, dass dies nicht wirtschaftlich sein würde.
Zu den Seltenen Erden zählen 17 Metalle, die im Periodensystem der Elemente in der dritten Nebengruppe stehen. Sie werden auch Seltenerdmetalle genannt oder auf Englisch REE (für Rare Earth Elements).
China fördert bislang die mit Anstand größte Menge an Seltenen Erden. 2010 förderte allein China weltweit über 97 Prozent aller Seltenen Erde. Mittlerweile ist der Anteil auf etwa 60 Prozent gesunken.
Seltene Erden werden vor allem für Dauermagneten und in LED-Chips verwendet. Sie sind also unersetzlich für Elektromotoren und Energiesparlampen.
Lithium gehört nicht zu den Seltenen Erden. Lithium gehört als Alkalimetall zu einer ganz anderen Gruppe von Elementen und weist daher ganz andere Eigenschaften auf. Als Leichtmetall hat es beispielsweise ein viel geringere Dichte und schwimmt auf Wasser.