Keine Zukunft ohne seltene Metalle
Zur Entwicklung innovativer Zukunftstechnologien werden über einhundertneunzig Tonnen seltene Erden für das Jahr 2014 benötigt, so das Ergebnis einer Lynas-Studie von 2010. Alternativen zur Sicherstellung der Rohstoffe sind derzeit noch begrenzt. Forscher suchen weltweit nach Lösungen.
Nicht nur in Laptops, Handys und LED-Bildschirmen schlummern seltene Metalle, sondern auch in Solarzellen, Batterien für E-Mobile und vielem mehr. Die wachsende Nachfrage erhöht das Risiko eines Versorgungsengpasses. Am «Technology Briefing» erläuterten Empa-Forscher und Industrievertreter, weshalb seltene Metalle für viele Schlüsseltechnologien wesentlich sind und wie sich eine Verknappung vermeiden lässt.
Ein Handy besteht aus mehr als einem Dutzend seltenen Metallen. Infografik: BeobachterNatur/Daniel Röttele, Otto Hostettler
«Es gibt keine Zukunft ohne seltene Metalle!» Mit dieser klaren Ansage begrüsste Empa-Direktionsmitglied Peter Hofer die Gäste des Technology Briefing «Seltene Metalle» an der Empa-Akademie. So bringen seltene Metalle etwa – eingebaut in Batterien und Motoren – Elektrofahrzeuge ins Rollen oder sorgen in Autokatalysatoren für die Reinigung von Abgasen. Hofer: «Um Lösungen für unseren immer höheren Mobilitätsbedarf und die daraus erwachsenden Probleme zu finden, sind Materialien mit speziellen Eigenschaften unerlässlich.» Aus seltenen Erden, die wie die Rohstoffe Gallium, Indium, Kobalt und wie Platinmetalle zu den seltenen Metallen gerechnet werden, lassen sich beispielsweise – in Verbindungen mit Eisen und Bor – stärkste Magnete für Windturbinen anfertigen. Und für Kondensatoren auf Handy-Leiterplatinen wird in der Mikroelektronik gerne auf Tantal zurückgegriffen, da dieses Übergangsmetall elektrische Energie auch als winzig kleines Bauteil in hohen Kapazitäten speichern und freisetzen kann. Die Nachfrage ist gross: Mehr als 60 Prozent des abgebauten Tantals fliessen in diesen Anwendungsbereich.
Alternativen aus der Forschung
So erklärte beispielsweise Stephan Bücheler, wie in der Empa-Abteilung «Dünnfilme und Fotovoltaik» in den flexiblen Solarzellen, die auf Cadmiumtelluridbasis (CdTe) basieren, die Schichtdicke des kritischen Tellurs reduziert werden kann und bei Solarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (kurz CIGS) das kritische Indiumoxid sich durch Zinkoxid ersetzen lässt. Damit soll aber keineswegs eine Leistungseinbusse einhergehen; vielmehr ist das Ziel, mit optimaler Rohstoffausnutzung und schnelleren Prozessen höhere Wirkungsgrade zu erlangen. Das haben die Forscher bereits letztes Jahr mit neuen Effizienzrekorden gezeigt.
Herausforderung «Recycling»
Trotzdem – ganz auf seltene Metalle verzichten, müssen wir nicht. Wie Heinz Böni, Leiter der Abteilung «Technologie und Gesellschaft», festhielt, gibt es durchaus noch einen «Vorrat» an seltenen Metalle: in unseren ausrangierten Elektrik- und Elektronikprodukten. Die natürlichen Lagerstätten werden abgebaut, die von Menschen geschaffenen, «anthropogenen» Lager füllen sich dagegen kontinuierlich. Auch die Konzentrationen sprechen für einen «Abbau» in den «sekundären» Lagerstätten: In einer natürlichen Mine finden sich in einer Tonne Material durchschnittlich fünf Gramm Gold, in einem Handy hingegen schlummern 280 Gramm und in einer Leiterplatte gar 1.4 Kilogramm, beides pro Tonne. Doch die Rückgewinnung ist alles andere als einfach. «Die seltenen Metalle sind nicht einfach mit Schraubenzieher und Hammer aus den Geräten rauszuholen. Die Rückgewinnung ist mindestens so komplex wie das Design bei der Entwicklung der Geräte», brachte es der Recycling-Experte Christian Hagelüken von Umicore, eine der grössten Recyclingfirmen zur Gewinnung von Edelmetallen aus komplexen Materialien, auf den Punkt. Ein Grossteil der seltenen Metalle sei nur in Legierungen vorhanden oder würde dünnflächig verwendet. Um diese herauszulösen, brauche es sehr komplizierte Rückgewinnungsverfahren. Doch geeignete Rückgewinnungsverfahren allein reichen nicht aus, um höhere Recyclingraten zu erzielen.
Wichtig, so die Experten, sei es, die ganze Recyclingkette im Auge zu behalten, von der Sammlung über die Zerlegung und Sortierung bis zur eigentlichen Rückgewinnung. Denn es nütze alles nichts wenn, wie in einigen Ländern der Fall, ausgediente Computer und andere Elektronikgeräte in Entwicklungs- und Schwellenländer exportiert werden, wo durch unsachgemässes Verarbeiten der Geräte die seltenen Metalle verloren gehen und Gefahren für Umwelt und Gesundheit entstehen. Oder seltene Metalle bei einer – heute in der Schweiz üblichen, meist mechanischen – Zerlegung der Geräte in Gemische gelangten, aus denen sie nicht zurückgewonnen werden können.