Seltene Erden – Beispiele & Verwendung

Seltene Erden enthalten im Gegensatz zu normalen Erden seltene Elemente, die für viele technische Anwendungen unerlässlich sind und daher große wirtschaftliche Bedeutung haben. China dominiert den weltweiten Markt mit einem Anteil von 210.000 Tonnen von insgesamt 300.000 Tonnen (70 % Marktanteil). Das wohl bekannteste Beispiel ist die seltene Erde Lithium aus den Lithium-Ionen-Akkus in Handys und E-Autos oder Neodym zur Herstellung von den stärksten Dauermagneten. Insgesamt zählen 17 verschiedene Metalle zu den Seltenen Erden. Nicht alle sind von gleicher Bedeutung für die Industrie, sodass beispielsweise Noble BC fünf seltene Erden für das Anlageportfolio Noble Portfolio +finomet ausgewählt hat.

Liste von Verwendungen für Seltene Erden

Seltene Erden sind entgegen ihren Namen nicht so selten wie man vermuten würde. Einige mehr als andere, aber zusammen sind diese beispielsweise 200 Mal häufiger auf der Erde zu finden als Gold oder Platin. Einige andere Metalle wie Lithium und Kobalt, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind keine Seltenen Erden. Die abbaubaren Reserven der Seltenen Erden sind weit weniger kritisch als die vieler anderer strategischer Metalle bzw. Technologiemetalle. Eine alternative Bezeichnung ist Seltenerdmetalle.

Zuerst geht es hier um die Frage: Für was braucht man seltene Erden? In einer Statistik von 2018 wird angegeben, dass 34 % für Magnete, 32 % für Metallurgie, Legierungen, Gläser, Keramiken und Leuchtstoffe 17 % für Katalysatoren, 11 % für Poliermittel und zu 6 % für Batterien verwendet werden. Dafür ist nachfolgend eine Liste von allen seltene Erden mit jeweils den wichtigsten Verwendungen, also den größten Abnehmern auf der Welt aufgelistet.

Neodymoxid gilt alt Rohstoff für die Energiewende und wird in der Industrie häufig in der oxidierten Version gelagert und verarbeitet. Die seltene Erde Neodym profitiert von E-Autos, Windrädern und weiteren Turbinen mit Dauermagneten.

Wie viele seltene Erden benötigen einzelne Produkte?

Viele alltägliche Produkte benötigen seltene Erden bei der Herstellung, aber wie viel benötigen einzelne Produkte tatsächlich? Militärtechnologie benötigt zum Beispiel sehr viel Seltenerdmetalle. Ein einziger F35-Kampfjet benötigt über 400 kg Seltene Erden, während ein U-Boot der Virginia-Klasse (nukleares Jagd-U-Boot) mehr als 4.000 kg benötigt. Nachfolgend sind die gängigsten Beispiele für die häufigsten Produkte. Natürlich können sich die Angaben je nach Modell unterschieden und es sind immer nur Richtwerte.

Seltene Erden in Handys/Smartphones

Unter dem Großteil der Bevölkerung ist es selbstverständlich geworden, ein eigenes Smartphone zu besitzen. Selbst in der Dritten Welt gehören sie zum Alltag dazu. Obwohl die meisten Smartphones zwischen 100 und 200 Gramm wiegen, werden weniger als 1 Gramm (0,25 Gramm) seltene Erden für zahlreiche Komponenten benötigt. Insbesondere ein modernes Display benötigt über 7 verschiedene seltene Erden in kleinen Mengen, um alle Farben zu erzeugen. Zu den Seltenen Erden in Smartphones gehören Dysprosium, Europium, Gadolinium, Indium, Lanthan, Neodym, Praseodym und Terbium.

Seltene Erden in E-Autos und modernen Autos

Der Gehalt an Seltenen Erden für E-Autos und moderne Autos unterscheidet sich durch die große Batterie. In einer älteren konventionellen Limousine sind etwa 0,5 kg Seltene Erden verbaut, wobei etwa 80 % der Seltenen Erden in Magneten enthalten sind, darunter Neodym, Dysprosium und Terbium. In neuere Versionen sind es bereits 0,5 bis 1 kg und ein durchschnittliches Hybrid- oder Elektrofahrzeug verbraucht zwischen 2 und 5 kg seltene Erden. Je mehr Bildschirme, Kameras, Sensoren und Steuerungstechnik, desto mehr wird auch benötigt.

Es gibt aber auch Konzepte für E-Autos ohne Permanentmagnete im Motor. Der sogenannte Induktionsmotor kommt daher mit deutlich weniger seltenen Erden aus, wodurch die Angaben für seltene Erden stark von der Bauweise abhängen. Ein weiteres Konzept ist der Reluktanzmotor, der oftmals im Schwerlast- oder Nutzfahrzeugsegment eingesetzt wird. Die E-Motoren mit Dauermagneten sind beliebter, weil diese eine deutlich bessere Leistungsdichte und Wirkungsgrad haben.

Seltene Erden in E-Autos und modernen Fahrzeugen:

• Neodym – Magnete
• Dysprosium – Magnete
• Terbium – Magnete
• Cerium – Katalysator, Lack, Glas
• Yttrium – Zündkerze

Andere Metalle/Rohstoffe in E-Autos:

• 70 kg Kupfer – etwa 3x mehr als in Verbrennungsmotoren
• 65 kg Graphit
• 40 kg Nickel
• 24 kg Mangan – etwa 2x mehr als in Verbrennungsmotoren
• 13 kg Kobalt
• 4 bis 9 kg Lithium (Hybrid oder elektrischer Antrieb)
• Technologiemetalle: Gallium, Germanium, Indium

Seltene Erden in Flugzeugen

Turbinenschaufeln in Triebwerken enthalten eine Reihe von Technologiemetallen wie z. B. Rhenium, aber benötigt auch die seltene Erde Scandium. Die Luft- und Raumfahrtindustrie recycelt ihren eigenen Schrott sehr effektiv im Rahmen eines geschlossenen Kreislaufs. Der Wert der Materialien ist so hoch, dass eine manuelle Demontage der Triebwerke wirtschaftlich sinnvoll ist und die Turbinenschaufeln entfernt werden. Die Schaufeln werden eingeschmolzen und wieder zu neuen Turbinenschaufeln verarbeitet. Neodym ist eine weitere seltene Erde im Flugzeugbau, die neben Dauermagneten zur Stromerzeugung auch in Legierungen mit Magnesium für hochfeste Metalle im Flugzeugmotorenbau sorgt. In den elektronischen Systemen in Flugzeugen werden noch weitere seltene Erden für Kommunikation, Leitsysteme, Bildschirme und Sensoren benötigt.

Keine Seltene Erde in Photovoltaik

Im Gegensatz zur Windkraft- und Elektroautobranche ist die Photovoltaik-Industrie nicht auf seltene Erden angewiesen. Stattdessen werden in den Solarzellen eine Reihe kleinerer Metalle wie Silizium, Indium, Gallium, Selen, Cadmium und Tellur verwendet, die als Technologiemetalle zählen. Die meisten davon sind Nebenprodukte aus der Raffination von Basismetallen wie Kupfer, Nickel und Zink.

Während kleinere Metalle wie Gallium und Tellur größtenteils in China hergestellt werden, gibt es für Silizium vielfältigere Bezugsquellen, darunter Russland, Norwegen und Brasilien. Indium und Cadmium werden in Südkorea, Japan und Nord- und Südamerika sowie in China raffiniert, während Selen neben China auch in Europa und Japan hergestellt wird.

Seltene Erden in Windräder

Ein zweiter Wachstumstreiber für Permanentmagnete sind Windkraftanlagen. Für Windturbinen mit Direktantrieb werden schätzungsweise 650 kg Permanentmagnete pro MW benötigt (bei einem Anteil von 30 % seltene Erden in jedem Magneten ergibt das etwa 200 kg seltene Erden pro MW). Das ist etwa das 4-8fache der Masse, die für die Dauermagneten einer Getriebeturbine erforderlich ist. Dazu kommt noch eine große Menge Kupfer für die zusätzlichen Stromleitungen.

Es wird erwartet, dass die weltweite Windenergiekapazität zwischen 2021 und 2030 mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 9 % wachsen wird und eine prognostizierte Kapazität von ca. 1,8 Terawatt erreicht.

Halbleiter, LEDs und Beleuchtung

Halbleiter sind eine große, übergeordnete Gruppe, zu denen beispielsweise LEDs zählen, aber auch Photovoltaik. Halbleitermaterialien sind wichtige Grundstoffe für die Herstellung von Transistoren, integrierten Schaltkreisen, leistungselektronischen Geräten und optoelektronischen Geräten. Zu den in der Elektronik häufig verwendeten seltenen Erden gehören Lanthan, Cerium, Neodym, Samarium, Europium, Terbium und Dysprosium. Für Stadionbeleuchtung wird die seltene Erde Scandium benötigt.

In der Produktion von Halbleitern für Computer werden seltene Erden verwendet, um die Verunreinigungen zu absorbieren und so die Reinheit und Integrität zu verbessern. In den Computerchips selbst werden keine seltenen Erden verwendet.

Recycling von Seltenerdmetalle

Zusätzlich zu den Preisbedenken gibt es auch Umweltbedenken. Seltene Erden werden aus Erzen gewonnen, die radioaktive Stoffe wie Thorium enthalten können, und bei der Gewinnung der benötigten Seltenen Erden werden in der Regel große Mengen krebserregender Verbindungen wie Ammoniak, Salzsäure und Sulfate verwendet. Schätzungen der Harvard School of Engineering zufolge können bei der Verarbeitung von 1 Tonne Seltener Erden bis zu 2.000 Tonnen giftiger Abfälle anfallen. Daher hat Recycling von seltenen Erden einen wirtschaftlichen und gesundheitlichen Vorteil für Mensch und Umwelt.

Ein weiterer Push-Faktor für das Recycling von seltenen Erden ist die Monopolstellung von China. Europa und die USA bzw. Nordamerika haben eine Initiative zur Unabhängigkeit von China laufen und fördern sowohl heimische Minenprojekte als auch in Kanada, Afrika, Australien und Südamerika. Kanada verfügt bereits über große Minengesellschaften, die sich jetzt mehr auf seltene Erden ausrichten.

Ein neu entdeckte Vorkommen von Seltenen Erden in Schweden wird noch erkundet und bis raffinierte Seltenerdmetalle für die Industrie geliefert werden können, dauert es noch 10 bis 15 Jahre, schätzt Lars Kruse, CEO von Noble BC. Das Unternehmen aus Berlin kann hierbei als Puffer dienen, da Investoren seltene Erden mit dem Noble Portfolio +finomet einkaufen und diese im Zollfreilager in Berlin-Brandenburg einlagern. Die Industrie kann dadurch seltene Erden und Technologiemetalle direkt in Deutschland einkaufen.

Erfahren Sie im Interview mit Andreas Kroll weitere Informationen und Chancen für seltene Erden.

(TB)