Energiedienst : Recycling Seltener Erden – Neues Forschungsprojekt im Südwesten

Foto: Fotolia/Ingo Bartussek

Seltene Erden werden immer wichtiger, kaum ein Hightech-Produkt kommt ohne sie aus. Doch ihre Förderung belastet die Umwelt.

Als alternative Quelle gewinnt das Recycling von Elektroschrott zunehmend an Bedeutung. Ein Forschungsprojekt der Innovationsallianz Baden-Württemberg will nun Neodym und Dysprosium aus alten Magneten rückgewinnen.

Smartphones, Tablets oder Flachbildschirme - ohne Seltene Erden bleiben sie dunkel.

Die 17 Metalle werden für zahlreiche Schlüsseltechnologien benötigt, auch für die Energiewende.

Neodym wird etwa zur Herstellung von Dauermagneten für Generatoren von Windkraftanlagen verwendet. Auch Hybridfahrzeuge sind auf die wertvollen Rohstoffe angewiesen und enthalten bis zu 20 Kilogramm in Motoren, LED-Leuchten und Lacken.

Polituren und Gläser sind weitere wichtige Einsatzgebiete der Seltenen Erden.

Die Bezeichnung Seltene Erden hat historische Gründe, denn die Elemente wurden zuerst in seltenen Mineralien gefunden und in Form ihrer Oxide isoliert. Diese Oxide wurden früher Erden genannt.

Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide.

Seltene Erden - keine Seltenheit

Wirklich selten sind die Seltenen Erden indes nicht. Tatsächlich sind die Metalle sogar an vielen Stellen der Erde zu finden. Meist kommen sie jedoch in sehr geringen Dosen sowie als Beimischungen in anderen Mineralien vor.

In nur wenigen bekannten Vorkommen liegt ihre Konzentration über einem Prozent. Um die begehrten Elemente zu fördern, müssen daher große Mengen Gestein zermahlen und mit gefährlichen Chemikalien behandelt werden.

Das ist teuer und belastet die Umwelt mit giftigen Abfallprodukten.

Rund 300 Arbeitsgänge und den Einsatz verschiedenster Chemikalien erfordert die Trennung der nahezu identischen Seltenen Erden aus einem Gemisch.

Für die Identifikation sämtlicher Seltenen Erden vom Yttrium 1794 bis zum Lutetium und Ytterbium 1907 benötigten die Chemiker mehr als hundert Jahre.

Bis nach dem zweiten Weltkrieg wurden die Seltenen Erden lediglich als Mischmetalle verwendet.

Erst mit einer perfektionierten Ionenaustauschchromatografie wurde die Separation der Seltenen Erden für industrielle Anwendungen interessant.

Für die Massenproduktion war das Verfahren jedoch ungeeignet. Hierfür wurde die Lösungsmittelextraktion entwickelt.

Die Gegend um Baotou ist bekannt für die weltweit größten bekannten Lagerstätten an Seltenerdmetallen. Foto: Fotolia/ebenart

Rund 30 Prozent der Seltenen Erden lagern in China, allerdings decken die Chinesen damit mehr als 97 Prozent des weltweiten Bedarfs.

Die Vormachtstellung Chinas begründet sich vor allem auf den nachlässigen Umgang mit Umweltschutzauflagen. Die größten Vorkommen befinden sich in der Inneren Mongolei, etwa in der Bayan-Obo-Mine, nördlich von Baotou.

Auch dort hinterlässt der Abbau deutliche Spuren in Form giftiger Seen und unwirtlicher Kraterlandschaften. Hier werden vor allem die selteneren schweren Metalloxide gefördert.

Weitere relevante Vorkommen gibt es in den USA, Indien, Australien, Russland, Malaysia und Brasilien. In Deutschland ist eine Lagerstätte in Sachsen bekannt.

Elektronikschrott als Quelle Seltener Rohstoffe. Foto: Fotolia/Petra Nowack - peno

Eine zusätzliche Quelle für die knappen Rohstoffe ist das Recyceln von Seltenen Erden aus Hochtechnologie-Produkten.

Laptops, Computer und Monitore enthalten den begehrten Rohstoff ebenso wie die geschätzten 80 Millionen alte Handys, die alleine in deutschen Schubladen herumliegen. Der Aufwand und die Kosten des Aufbereitungsprozesses sind hoch und noch unrentabel.

Aber nicht nur Seltene Erden sondern auch andere wertvolle Rohstoffe stecken im Elektronikschrott.

Mobiltelefone sind besonders kostbar, denn sie vereinen sehr viele Rohstoffe auf engem Raum. Von den rund 30 verbauten Metallen lassen sich etwa 17 Metalle durch Recycling zurückgewinnen.

Im vergangenen Juni sammelte Energiedienst daher anlässlich des 'Tages der Umwelt' bei Kunden und Mitarbeitern einen Monat lang ausgediente Mobiltelefone.

532 alte Handys kamen bei der Aktion in Kooperation mit der deutschen Telekom zusammen. Aus ihnen konnten 13 Gramm Gold, 18 Gramm Silber und 4,5 Kilogramm Kupfer zurückgewonnen werden.

Mit den Erlösen unterstützt die Deutsche Umwelthilfe Naturschutzprojekte, unter anderem das Projekt 'Lebendiger Rhein'.

Hightech-Metalle aus dem Schrott

Im Forschungsprojekt der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW) sollen die Rückgewinnung der Werkstoffe Neodym und Dysprosium aus Magnetschrott und die Herstellung von hochwertigen Sekundärrohstoffen untersucht sowie ein ökonomisches Modell eines Sammel- und Recyclingsystems entwickelt werden.

Das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg unterstützt das Vorhaben im Rahmen des Förderprogramms 'Technologischer Ressourcenschutz' mit fast einer Million Euro.

Seltene Erden können auch …

… aus Magnetschrott gewonnen werden. Fotos: fem

An dem bis Ende 2017 laufenden Projekt beteiligen sich das Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie (fem) aus Schwäbisch Gmünd, das Institut für Textilchemie und Chemiefasern (ITCF) aus Denkendorf und das Zentrum für Management Research der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF-MR).

Recycling als umweltschonende Alternative

Baden-Württemberg ist als Hochtechnologiestandort auf eine sichere, stabile und bezahlbare Rohstoffversorgung angewiesen.

Ein wirtschaftliches Recyceln der gefragten Metalle könnte Unternehmen im Land eine kostengünstige und umweltschonende Alternative bieten.

In der Vergangenheit wurden die Seltenen Erden immer wieder künstlich verknappt, um deren Preise in die Höhe zu treiben. Das führte weltweit zu einer Suche nach neuen Quellen, von denen auch zahlreiche entdeckt wurden.

Zudem konnten die teuren Rohstoffe bei zahlreichen Produkten ersetzt werden. Das führte schließlich gar zu einer Verbilligung der Seltenen Erden.

Das aktuelle Forschungsprojekt gliedert sich in drei Teilprojekte: Das erste wird magnethaltige Stoffströme unter anderem aus Elektronikschrott und die verfahrenstechnischen Möglichkeiten einer Abtrennung der Magnetwerkstoffe untersuchen.

Das zweite Teilprojekt soll die Nutzung eines neuen, hochselektiven Festphasen-Absorbers für die hydrometallurgische Trennung der Werkstoffe ermöglichen. Die neue Trenntechnik verspricht Kosteneinsparungen bei der Herstellung von marktfähigen Recyclingprodukten.

Im dritten Teilprojekt wird eine nachhaltige Etablierung eines Sammel- und Recyclingsystems inklusive statischer und dynamischer Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen vorgeschlagen.

Seltene Erden im Kreislaufsystem

Am Ende könnte eine Kreislaufwirtschaft der Seltenen Erden stehen, in der die Rohstoffe immer aufs Neue verwendet werden.

Rund 15.000 Tonnen Seltene Erden ließen sich aus Abfällen allein in Europa wiederverwerten, schätzte Alain Rollat, Technologiemanager bei Solvay-Rhodia, im Oktober 2013 im Magazin Wirtschaftswoche.

Nach einer Hochrechnung von Forschern der Universität im belgischen Leuven verwendet die Industrie bislang nur ein Prozent der Seltenen Erden erneut. Dabei ist das Potenzial für die Rückgewinnung riesig.

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