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Keine Panik über Seltenerdelemente
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Video: Seltene Erden: Unverzichtbar für Hightech-Produktion 2023, Februar
Anonim

Die in iPhones und Tesla-Autos verwendeten Materialien müssen nicht zu einem langfristigen Opfer eines Handelskrieges zwischen den USA und China werden.

Keine Panik über Seltenerdelemente
Keine Panik über Seltenerdelemente

Angesichts der zunehmenden Handelsspannungen zwischen den USA und China stehen Mineralien der Seltenen Erden erneut im politischen Rampenlicht. Heute stellen chinesische Minen und Verarbeitungsbetriebe den größten Teil der weltweiten Versorgung bereit, und der chinesische Staatschef Xi Jinping hat angedeutet, dies als politischen Hebel in Handelsverhandlungen mit der Regierung des US-Präsidenten Donald Trump zu nutzen. Aber auf lange Sicht sagen viele Experten, dass der globale Markt mit diesen Materialien wahrscheinlich überleben würde, selbst wenn China den Export vollständig einstellen würde.

Die 17 Seltenerdelemente, die sich am Ende des Periodensystems ansammeln, spielen in verschiedenen Branchen eine wichtige Rolle: Unterhaltungselektronik wie Apple AirPods und iPhones, umweltfreundliche Technologien wie Windturbinen von General Electric und Tesla-Elektroautos, medizinische Werkzeuge wie Philips Healthcare Scanner und militärische Hardware wie F-35-Düsenjäger. Die US-Regierung listet sie unter den Mineralien auf, die für die wirtschaftliche und nationale Sicherheit des Landes als kritisch angesehen werden, und die Trump-Regierung hat insbesondere Seltenerdelemente von den Zöllen befreit, die sie für Anies auferlegt, die Geld verdienen oder verlieren, und von der Fähigkeit, in diesem speziellen Bereich politischen Einfluss zu erlangen Markt.".

Das "Seltene" im Namen dieser Gruppe von Elementen ist tatsächlich etwas irreführend; Der US Geological Survey beschreibt sie als "relativ häufig in der Erdkruste". Die Extraktion wird jedoch durch die Tatsache erschwert, dass solche Elemente im Boden zusammen mit vielen anderen Mineralien in unterschiedlichen Konzentrationen durcheinander gebracht werden. Die rohen Erze durchlaufen eine erste Verarbeitungsrunde, um Konzentrate herzustellen, die zu einer anderen Anlage gelangen, in der hochreine Seltenerdelemente isoliert werden. Solche Einrichtungen führen komplexe chemische Prozesse durch, die am häufigsten ein als Lösungsmittelextraktion bezeichnetes Verfahren beinhalten, bei dem die gelösten Materialien Hunderte von flüssigkeitshaltigen Kammern durchlaufen, die einzelne Elemente oder Verbindungsschritte trennen - Schritte, die hunderte oder sogar tausende Male wiederholt werden können. Einmal gereinigt, können sie zu Oxiden, Leuchtstoffen, Metallen, Legierungen und Magneten verarbeitet werden, die die einzigartigen magnetischen, lumineszierenden oder elektrochemischen Eigenschaften dieser Elemente nutzen. Die starke und leichte Natur von Seltenerdmagneten, Metallen und Legierungen hat sie besonders wertvoll für High-Tech-Produkte gemacht.

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China verfügt derzeit über die meisten Trennanlagen der Welt. Sollte es jedoch jemals aufhören, die gereinigten Materialien zu exportieren, gibt es andere Möglichkeiten. Kurzfristig würden US-Unternehmen, die auf diese Mineralien angewiesen sind, wahrscheinlich Lagerbestände für kurze Versorgungsengpässe haben, sagt Gholz, der von 2010 bis 2012 als leitender Berater des stellvertretenden stellvertretenden Verteidigungsministers des Pentagon für Fertigungs- und Industriebasispolitik fungierte. Um diese Vorräte auszudehnen, könnte der Gesamtmarkt Seltenerdelemente für wichtige Anwendungen wie militärische und medizinische Technologien priorisieren und die Hersteller von Kopfhörern oder Golftaschen dazu zwingen, mehr zu zahlen. "Ich glaube nicht, dass es eine offensichtliche Versorgungslücke oder ein Loch gibt, in dem jemand keinen Prius oder Tesla bekommen kann oder was auch immer er sich ansieht", sagt Gholz.

Im Falle einer längeren Unterbrechung der chinesischen Versorgung würde die US-amerikanische Seltenerdmine in Mountain Pass, Kalifornien, wahrscheinlich der erste Ort sein, an dem die Produktion gesteigert wird, erklärt Gholz. Der Vorbesitzer der Mine, Molycorp, verbrachte ungefähr die gesamte nachgelagerte Verarbeitung, die zur Herstellung gereinigter Seltenerdmaterialien erforderlich war, bevor das Unternehmen 2015 wegen chinesischer Konkurrenz bankrott ging. Der neue Eigentümer der Mine, MP Materials, plant, die eingemottete Anlage ab 2020 wieder zu aktivieren und fertigzustellen.

Eine weitere Alternative ist das australische Unternehmen Lynas Corp., der weltweit einzige bedeutende Hersteller von Seltenen Erden außerhalb Chinas. Derzeit betreibt das Unternehmen eine Mine in Mount Weld in Australien und sendet Erze an eine Trennanlage in Malaysia, in der die Seltenerdmaterialien gereinigt werden können. Eine Komplikation ergibt sich jedoch aus der Tatsache, dass einige Erze radioaktives Thorium enthalten. Aufgrund von Umweltbedenken hinsichtlich schwach radioaktiver Abfälle aus der Trennanlage gab Lynas kürzlich bekannt, dass ein Teil der "vorgelagerten" Verarbeitung (einschließlich der Radioaktivität) nach Australien zurückgeführt wird, während die "nachgelagerte" Verarbeitung in Malaysia beibehalten wird. Das Unternehmen hat außerdem angekündigt, mit der in Texas ansässigen Blue Line Corp. zusammenzuarbeiten, um frühestens ab 2022 eine neue Trennanlage in den USA für den Betrieb zu errichten.

Über die bestehenden Minen hinaus könnten Unternehmen, die nach anderen Ressourcen suchen, damit beginnen, Seltenerdelemente aus Lagerstätten verschiedener Materialien zu gewinnen. Beispielsweise könnten die USA eines Tages diese Elemente als Nebenprodukte aus Kraftwerkskohleasche und Kohlebergbauabfällen gewinnen. Und mit Erzen vermischtes radioaktives Material könnte positiv ausfallen: Wenn sich Kernkraftwerke auf Thoriumbasis als lebensfähig erweisen, würde der erweiterte Thoriumabbau auch verwertbare Seltenerdmineralien ergeben. Forscher haben sogar begonnen, eine große Konzentration von Seltenerdelementen im Tiefseeschlamm aus einer Meeresbodenlagerstätte in der Nähe von Japan zu untersuchen.

Weniger ist mehr

Einige Industrien, die sich auf Seltenerdelemente verlassen, gehen über den Tellerrand hinaus und suchen nach Möglichkeiten, den Bergbau vollständig zu umgehen. Schließlich haben solche Operationen in China und anderswo erhebliche Umweltauswirkungen, die die menschliche Gesundheit gefährden können, wenn keine strengen Vorschriften gelten. Das Vorhandensein von radioaktivem Thorium in einigen Erzen ist ein Beispiel. Darüber hinaus beinhalten einige Bergbau- und Trennprozesse Chemikalien, die giftiges Abwasser produzieren. Alle diese gefährlichen Nebenprodukte erfordern eine sorgfältige Lagerung und Entsorgung.

Da China droht, seinen Vorteil in Bezug auf Seltenerdelemente zu nutzen, könnten mehr Unternehmen in Innovationen investieren, die diese Materialien durch etwas anderes ersetzen könnten. Gholz weist auf einen Vorfall von 2010 hin, bei dem China Japan vorübergehend von der Versorgung mit Seltenerdelementen abgeschnitten hat. Danach begannen japanische Autohersteller wie Toyota und Honda mit der Entwicklung von Hybridautomotoren, die Seltenerdelemente wie Terbium und Dysprosium aus den in Elektromotoren verwendeten leistungsstarken Magneten stark reduzierten oder sogar eliminierten.

Während des Versorgungsschreckens 2010 entdeckten auch andere große Industrien, die Seltenerdelemente verwendeten, dass sie auf einige von ihnen verzichten konnten. Die Betreiber von Ölraffinerien haben die Verwendung des Seltenerdelements Lanthan, das die Effizienz der Ölraffinerie verbessert, vorübergehend eingestellt, als der Preis stieg. Die Glasindustrie hat die Verwendung des Seltenerdelements Cer zum Polieren weitgehend aufgegeben. Obwohl Industrien im Zusammenhang mit der nationalen Sicherheit nicht in der Lage wären, auf Mineralien der Seltenen Erden vollständig zu verzichten, ist Gholz der Ansicht, dass die Nachfrage des US-Militärs "leicht durch nichtchinesische Produktion befriedigt werden könnte", da dieser Bedarf weniger als 5 Prozent des Gesamtmarktes ausmacht.

Reduzieren, wiederverwenden, recyceln

In jedem Fall wird eine Vielzahl von Industrien weiterhin stark auf Mineralien der Seltenen Erden angewiesen sein. Um sie zu erhalten, ohne von chinesischen oder US-amerikanischen Minen abhängig zu sein, könnten sie die bereits in Produkten verwendeten Elemente recyceln, sagt Eric Schelter, Professor für Chemie an der University of Pennsylvania, dessen Forschungsprojekte die Entwicklung neuer chemischer Verfahren zur Trennung von Seltenerdelementen von Erz umfassen. "Der Reiz dabei ist, dass es bereits einen erheblichen Energieeinsatz und Abfallausstoß gegeben hat, um Seltenerdelemente aus ihren Erzmaterialien zu reinigen", sagt er. "Es ist daher verschwenderisch, sie einfach wegzuwerfen, wenn man bedenkt, dass sie in technologischen Geräten im Vergleich zu ihren Erzen normalerweise relativ rein sind."

Er wies auf viele Forschungsprojekte in akademischen und staatlichen Labors hin: Letztere umfassen das Critical Materials Institute des US-Energieministeriums im Ames Laboratory und das Oak Ridge National Laboratory. Beispielsweise werden Seltenerdelemente wie Neodym und Dysprosium häufig in Permanentmagneten kombiniert. Um sie zu trennen, hat Schelters Labor chemische Prozesse entwickelt, mit denen ein Seltenerdelement selektiv aufgelöst werden kann, während das andere fest bleibt. Es ist ein "schneller und effizienter Ansatz zur Metalltrennung", sagt er, aber die Kosten sind derzeit nicht wettbewerbsfähig mit dem Bergbau. Dennoch glaubt er, dass sich dies ändern könnte, da der Marktpreis für Seltenerdelemente derzeit "künstlich niedrig" gehalten wird - dies berücksichtigt nicht die Kosten für die Abfallbehandlung und -behandlung während des Bergbau- und Trennprozesses. Wenn die recycelten Versionen dieser Materialien als sauberere Alternativen zu abgebauten Seltenerdelementen vermarktet würden, könnte dies Unternehmen, die ein umweltfreundlicheres Image suchen, dazu ermutigen, mehr für sie zu zahlen.

"Die Verbraucher erkennen die Bedeutung des Freihandelskaffees und die Folgen von Blutdiamanten", sagt Schelter. "Es liegt auf der Hand, dass ethisches Kobalt und saubere oder recycelte Seltenerdelemente zu einem nachhaltigeren Bild für diese Branche beitragen können."

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