Die Zukunft des nachhaltigen Abbaus seltener Erdelemente
Quelle: AZO MiningWas sind Seltenerdelemente und wo kommen sie vor?Seltenerdelemente (REEs) umfassen 17 metallische Elemente, die aus 15 Lanthanoiden des Periodensystems bestehen:LanthanCerPraseodymNeodymPromethiumSamariumEuropiumGadoliniumTerbiumDysprosiumHolmiumErbiumThuliumYtterbiumUtetiumScandiumYttriumDie meisten von ihnen sind nicht so selten, wie der Gruppenname vermuten lässt, sondern wurden im 18. und 19. Jahrhundert benannt, im Vergleich zu anderen häufiger vorkommenden „Erd“-Elementen wie Kalk und Magnesia.Cer ist das häufigste Seltenerdmetall und kommt häufiger vor als Kupfer oder Blei.Aus geologischer Sicht kommen REEs jedoch selten in konzentrierten Lagerstätten vor, da beispielsweise Kohleflöze ihren wirtschaftlichen Abbau wirtschaftlich erschweren.Sie kommen stattdessen in vier ungewöhnlichen Hauptgesteinsarten vor; Karbonatite sind ungewöhnliche magmatische Gesteine, die aus karbonatreichen Magmen, alkalischen magmatischen Umgebungen, Ionenabsorptions-Tonablagerungen und Monazit-Xenotime-Träger-Seize-Lagerstätten stammen.China baut 95 % der Seltenerdelemente ab, um die Nachfrage nach High-Tech-Lebensstilen und erneuerbaren Energien zu deckenSeit Ende der 1990er Jahre dominiert China die REE-Produktion und nutzt dabei seine eigenen Ionenabsorptions-Tonvorkommen, die sogenannten „South China Clays“.Für China ist dies wirtschaftlich, da sich aus den Tonvorkommen REEs durch den Einsatz schwacher Säuren leicht gewinnen lassen.Seltenerdelemente werden für alle Arten von High-Tech-Geräten verwendet, darunter Computer, DVD-Player, Mobiltelefone, Beleuchtung, Glasfaser, Kameras und Lautsprecher und sogar militärische Ausrüstung wie Düsentriebwerke, Raketenleitsysteme, Satelliten und Abwehrsysteme -Raketenabwehr.Ein Ziel des Pariser Klimaabkommens von 2015 besteht darin, die globale Erwärmung auf unter 2 °C, vorzugsweise 1,5 °C, vorindustrielles Niveau zu begrenzen. Dies hat die Nachfrage nach erneuerbaren Energien und Elektroautos erhöht, für deren Betrieb ebenfalls REEs erforderlich sind.Im Jahr 2010 kündigte China an, die REE-Exporte zu reduzieren, um den eigenen Nachfrageanstieg zu decken, aber auch seine führende Stellung bei der Lieferung von High-Tech-Ausrüstung an den Rest der Welt zu behaupten.China ist auch wirtschaftlich in einer starken Position, um die Versorgung mit REEs zu kontrollieren, die für erneuerbare Energien wie Sonnenkollektoren, Wind- und Gezeitenkraftwerke sowie Elektrofahrzeuge benötigt werden.Phosphogypsum-Dünger-Projekt zur Erfassung seltener ErdelementePhosphogips ist ein Nebenprodukt von Düngemitteln und enthält natürlich vorkommende radioaktive Elemente wie Uran und Thorium. Aus diesem Grund wird es auf unbestimmte Zeit gelagert, was die Gefahr einer Verschmutzung von Boden, Luft und Wasser mit sich bringt.Deshalb haben Forscher der Penn State University einen mehrstufigen Ansatz entwickelt, bei dem manipulierte Peptide, kurze Aminosäurestränge, zum Einsatz kommen, die REEs mithilfe einer speziell entwickelten Membran genau identifizieren und trennen können.Da traditionelle Trennmethoden nicht ausreichen, zielt das Projekt darauf ab, neue Trenntechniken, Materialien und Prozesse zu entwickeln.Das Design basiert auf Computermodellen, die von Rachel Getman, Hauptforscherin und außerordentliche Professorin für Chemie- und Biomolekulartechnik an der Clemson, entwickelt wurden. Gemeinsam mit den Forschern Christine Duval und Julie Renner entwickeln sie die Moleküle, die sich an bestimmte REEs binden.Greenlee wird untersuchen, wie sie sich im Wasser verhalten, und die Umweltauswirkungen sowie die unterschiedlichen wirtschaftlichen Potenziale unter variablen Design- und Betriebssituationen bewerten.Lauren Greenlee, Professorin für Chemieingenieurwesen, behauptet: „Heute sind allein in Florida schätzungsweise 200.000 Tonnen Seltenerdelemente in unverarbeiteten Phosphogipsabfällen eingeschlossen.“Das Team stellt fest, dass die traditionelle Rückgewinnung mit ökologischen und wirtschaftlichen Hindernissen verbunden ist, da sie derzeit aus Verbundmaterialien gewonnen werden, die die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordern und arbeitsintensiv sindDer Schwerpunkt des neuen Projekts liegt auf der nachhaltigen Rückgewinnung dieser Stoffe und kann zum Nutzen von Umwelt- und Wirtschaftsvorteilen in größerem Maßstab eingeführt werden.Sollte das Projekt erfolgreich sein, könnte es auch die Abhängigkeit der USA von China bei der Bereitstellung von Seltenen Erden verringern.Projektfinanzierung der National Science FoundationDas Penn State REE-Projekt wird durch einen vierjährigen Zuschuss von 571.658 US-Dollar (insgesamt 1,7 Millionen US-Dollar) finanziert und ist eine Zusammenarbeit mit der Case Western Reserve University und der Clemson University.Alternative Möglichkeiten zur Rückgewinnung von SeltenerdelementenDie RRE-Gewinnung erfolgt typischerweise in kleinen Verfahren, üblicherweise durch Auslaugen und Lösungsmittelextraktion.Obwohl es sich um einen einfachen Prozess handelt, erfordert das Auslaugen eine große Menge gefährlicher chemischer Reagenzien und ist daher kommerziell unerwünscht.Die Lösungsmittelextraktion ist eine wirksame Technik, aber nicht sehr effizient, da sie arbeitsintensiv und zeitaufwändig ist.Ein weiterer üblicher Weg zur REE-Rückgewinnung ist das Agromining, auch bekannt als E-Mining, bei dem Elektroschrott wie alte Computer, Telefone und Fernseher aus verschiedenen Ländern nach China zur REE-Gewinnung transportiert werden.Nach Angaben des UN-Umweltprogramms wurden im Jahr 2019 über 53 Millionen Tonnen Elektroschrott erzeugt, wobei Rohstoffe im Wert von rund 57 Milliarden US-Dollar REEs und Metalle enthielten.Obwohl es oft als nachhaltige Methode zum Recycling von Materialien angepriesen wird, ist es nicht ohne eigene Probleme, die noch überwunden werden müssen.Der Agrarabbau erfordert viel Lagerraum, Recyclinganlagen, Deponieabfälle nach der REE-Rückgewinnung und ist mit Transportkosten verbunden, die die Verbrennung fossiler Brennstoffe erfordern.Das Projekt der Penn State University hat das Potenzial, einige der Probleme zu überwinden, die mit herkömmlichen REE-Gewinnungsmethoden verbunden sind, wenn es seine eigenen Umwelt- und Wirtschaftsziele erfüllen kann.
