Germanium Verwendung im Alltag und Hightech

Durch die hohe Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit findet Germanium Verwendung in der Halbleiterindustrie und vielen weiteren Hightech-Anwendungen bei militärischen Geräten und dem Breitbandausbau. Gefördert und Produziert wird Germanium (chemisches Symbol Ge) hauptsächlich als Nebenprodukt der Raffination von Zinkerz, Asche aus Kohleverbrennung und stammt zu 25 bis 35 Prozent aus Recycling. Am häufigsten wird Germanium in Glasfaserkabeln, Nachtsichtgeräten und Wärmebildkameras verwendet. Das Technologiemetall Germanium verleiht den Autos Augen und ermöglicht so automatisches Abstandhalten, Straßenbilderkennung und dreidimensionale Umgebungswahrnehmung. Für die Zukunft wird ein erhöhter Bedarf durch Glasfaserkabel, effizientere Solarzellen erwartet und an weiteren Anwendungen in der Medizin, Raumfahrt und Quantencomputer geforscht.

 

 

Germanium Verwendung und Wissenswertes

Was ist Germanium?

Germanium ist ein gräulich, weißes Halbmetall mit der Ordnungszahl 32 (Ge), ist hart, aber brüchig und gehört zu den Nebenmetallen oder strategischen Metallen, da es als Begleiter in Zink- und Kupfervorkommen gefunden wird.

Wofür wird Germanium verwendet?

Germanium findet Verwendung in zahlreichen Hightech Anwendungen:

• Halbleiter
• Hochfrequenztechnik
• Solarzellen
• Glas z.B. für Infrarotoptiken
• Quantentechnologie
• Nuklearmedizin
• Kerntechnik

Halbleiter mit Germanium

Germanium ist ein wichtiges Technologiemetall für autonomes Fahren, automatisches Abstandhalten und erkennt Hindernisse, sowie Straßenschilder im Straßenverkehr. Unter Verwendung von Germanium in Halbleitern werden höhere Schaltgeschwindigkeiten erreicht und die Fertigungsgrenze von Silizium-Halbleitern kann einfacher überschritten werden. Zudem funktionieren Germanium-Halbleiter bei niedrigeren Temperaturen als herkömmliche Computerchips und sind daher eine interessante Alternative für die Steuerungseinheiten von Quantencomputer und in der Raumfahrt.

 

 

Germanium Gewinnung und Produktion

Die weltweite Germanium Produktion ohne Recycling betrug im Jahr 2021 140 Tonnen. Die niedrige Produktionsmenge und die Seltenheit machen Germanium zu einer interessanten Geldanlage für Investoren. Der Rohstoffmarkt ist begrenzt durch die geringe Menge, sodass es schwierig ist Futures oder andere Finanzprodukte mit Germanium zu finden, wie es sonst bei Rohstoffen üblich ist. In Deutschland hat sich das Berliner Unternehmen Noble BC auf Technologiemetalle spezialisiert und hat dazu ein einzigartiges System entwickelt, um physisches Germanium steuerfrei für die Investoren zu lagern. Bei der Produktion entfällt der Großteil auf China, sodass der wachsende Wirtschaftskrieg zwischen dem Westen und China den Mangel an Germanium weiter verstärkt. Bei der Produktionsliste muss angemerkt werden, dass die USA ihre genauen Zahlen für die eigene Produktion unter Verschluss halten. Weltweit ergibt sich die folgende Verteilung für die Produktion:

1.  China (85 %)
2. Deutschland (6 %)
3. Belgien (3 %)
4. Russland (3 %)
5. Japan (1 %)

 

Steigende Nachfrage nach Germanium – Chancen für Investoren

Bereits im Jahr 2000 stieg die Nachfrage nach Germanium durch Glasfaserkabel, Infrarot-Nachtsichtsysteme und Polymerisationskatalysatoren dramatisch an. Auf diese Germanium Anwendungen entfielen damals 85 % des weltweiten Germaniumverbrauchs. Der weltweite Verbrauch von Germanium war in den letzten Jahren teilweise höher als die Primärproduktion aus Minen, aber die Freigabe von Germanium aus staatlichen Lagerbeständen und das verstärkte Recycling konnten eine ausreichende Versorgung sicherstellen. Die USA halten ihre Produktion von Germanium geheim, da Germanium eine strategisch wichtige Ressource ist, wie z.B. für die Kommunikation durch Glasfaser, Infrarot-Nachtsichtgeräte, Wärmebildkameras, Laser, Polyester und PET Herstellung, die USA verwenden jedoch kein Germanium für die Herstellung von PET. In den USA gibt es entlang des Mississippis große Vorkommen, dennoch importiert die USA jährlich Germanium, auch aus China. Die USA und EU führen Germanium auf der Liste der kritischen Rohstoffe.

Eine erneute Verknappung von Germanium im europäischen Raum ist in der Zukunft denkbar, da der Bedarf durch Glasfaserkabel und E-Autos weiter zunimmt. Die stark wachsenden Schlüsseltechnologien der Zukunft benötigen Germanium. Dazu zählen, neben Glasfaserkabeln und E-Autos, insbesondere effizientere Solarzellen und elektronische Komponenten für die Raumfahrt und Quantencomputer. China kann durch seine Quasi-Monopolstellung Preisschwankungen auslösen, was ein Versorgungsrisiko für Europa und andere Regionen darstellt. Der globale Markt und die Produktion sind mit ca. 250 Millionen US-Dollar pro Jahr extrem klein, weswegen es auch kaum Germanium-Futures an den Börsen gibt. Die Preisbildung erfolgt nur aufgrund von Angebot und Nachfrage. Aufgrund der strategischen Bedeutung von Germanium besitzen viele Staaten einen nationalen Vorrat, um kurzzeitige Preissprünge abzufedern.

Aufgrund der strategischen Bedeutung ist der physische Besitz in vielen Ländern sogar sinnvoller, als auf Spekulationen an der Börse zu setzen. Sollte der Wirtschaftskrieg eskalieren und keine neuen Importe aus China möglich sein, ist ein physischer Besitz sehr viel wertvoller als Futures am Rohstoffmarkt. Mit dem Noble Portfolio +finomet können Anleger physisch in Technologiemetalle und Seltene Erden wie Germanium investieren. Dafür nutzt die Noble BC GmbH die digitale Mittelverwendungskontrolle Finomet zur Übertragung und Sicherung der Eigentumsrechte. Neben Germanium können Investoren auch direkt weitere Technologiemetalle oder seltene Erden kaufen, um von der technischen Entwicklung zu profitieren. Wie das genau funktioniert erklären die Geschäftsführer Lars Kruse und Andreas Kroll von Noble BC im Interview.

Germanium Vorkommen und Nachfrage in der Zukunft

Alleine für Glasfaserkabel wird eine Nachfrage von mehr als 118 Tonnen im Jahr 2035 von dem Fraunhofer-Institut erwartet. Zum Vergleich, in den Jahren 2021 und 2022 wurden auf der ganzen Welt etwa 140 Tonnen Germanium produziert. Der Preis von Germanium befindet sich gerade im Aufwärtstrend und liegt bei 2.100 bis 2.500 € pro kg für Privatpersonen für kleine Mengen und knapp 1.500 € für die Industrie bei größeren Mengen. In der unreinen, oxidierten Form ist Germanium 30-50 % günstiger – ca. 900 €. Im Interview mit Andreas Kroll, CEO von Noble BC, wird vom Bloomberg Commodity Index berichtet, nach dem die Nachfrage in den nächsten 15 bis 18 Jahre so stark ansteigen soll, dass China die eigene Produktion selber aufbraucht und gar nicht mehr exportieren kann. China befindet sich noch immer im Aufschwung und benötigt immer mehr Technologiemetalle für die eigene Bevölkerung.

Wie viel Germanium gibt es in der Erdkruste?

In der Erdkruste wird ein Vorkommen von durchschnittlich 1,6 g/t Germanium vermutet, die jedoch nicht wirtschaftlich gefördert werden können.

Wo gibt es Germanium Vorkommen?

Germanium Vorkommen traten bisher immer zusammen mit anderen Elementen auf. Gefördert wird Germanium hauptsächlich aus Kohle-, Kupfer-, Zink- und Bleivorkommen.

 

Germanium und weitere Metallvorkommen in Kohle

Braunkohle ist ein dreckiger Brennstoff, der hauptsächlich in Kraftwerken benutzt wird. Bei der Verbrennung von einer Tonne Braunkohle kann aus der Asche in etwa 1 kg Germanium gewonnen werden, der genaue Anteil unterscheidet sich stark nach der Herkunftsregion. Neben Germanium enthält Braunkohle noch die radioaktiven Elemente Uran (0,015 bis 0,4 Prozent) Thorium und Radium. Die USA haben das genutzt und aus ihrer Asche in den Jahren 1960 bis 1970 1100 Tonnen Uran gewonnen. Der Urangehalt mancher Kohleaschen liegt sogar über dem von Uranerzen, wie Kanada und China in Zusammenarbeit herausgefunden haben. Die Verwertung von Metallen aus Kohle lohnt sich also nicht nur wegen des Germaniums.

Das gesamte Vorkommen wird auf 93.000 Tonnen Germanium aus den 7.800 Millionen Tonnen verbrannter Kohle geschätzt. Bei einem Preis von knapp 1.500 Euro wären das knapp 140 Milliarden Euro. Die Deutschen Rohstoffagentur (DERA) schätzt das auf dem Weltmarkt angebotene Germanium zu einem Drittel aus verbrannter Kohle gewonnen wird. Aktuelle Schätzungen gehen von ca. 119.000 Tonnen Germanium aus, wovon 10.000 Tonnen aus Zinkvorkommen und 112.000 Tonnen aus Kohlevorkommen stammen, die aktuell abgebaut werden. Für die Zukunft werden weitere 440.000 Tonnen Germanium in neuen Minen angegeben. Die höchste Konzentration von Germanium wurde bisher in Asche aus Kohle aus dem britischen Hartley gefunden – 1,6 Prozent. Eine so hohe Konzentration lohnt sich zur Verwendung für die Extraktion von Germanium.

Germanium Vorkommen in Kupfer, Silber, Blei und Zink

Germanium findet sich in sogenannten Mississippi-Valley Lagerstätten, welche karbonathaltige Blei-Zink-Erzlagerstätten sind. Eine äußerst wertvolle Konzentration von Blei- und Zinksulfiderzen in Karbonatformationen (Kalkstein, Mergel, Dolomit) beinhaltet meistens auch ein hohes Gallium Vorkommen, ein häufiger Begleitstoff von Germanium. Der Name stammt von dem amerikanischen Fluss Mississippi, da eine Großzahl solcher Vorkommen an diesem Fluss gefunden wurden. Die Germanium Konzentration in Zink beträgt etwa 0,3 Prozent. Vor kurzem wurden Vorkommen von seltenen Erden in Schweden gemeldet. Bis die über 1 Million Tonnen gefördert werden können muss erst noch ein Großteil der Infrastruktur aufgebaut werden. Die Experten von Noble BC schätzen, dass es noch 10 bis 15 Jahre dauert, bis die Vorkommen aus Schweden zur Verfügung für die Industrie stehen. In Europa fehle es vor allem an leistungsstarke Raffinerien für seltene Erden.

Die Pyrometallurgie ist die am häufigsten eingesetzte Technologie zur Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Erzen, mit der der größte Teil des Kupfers in der Welt gewonnen wird. Bei der Pyrometallurgie von Nichteisenmetallen fallen unweigerlich große Mengen an Schmelzrückständen an, zu denen auch Hüttenschlacken gehören. Diese Schlacken wurden weltweit kontinuierlich in der Landschaft deponiert, da diese als wertlos angesehen wurden. Viele dieser Kupferschlacken werden jetzt für die Rückgewinnung von Germanium und weiteren Metallen mithilfe von Röntgen untersucht, ob sich eine Rückgewinnung lohnt. Untersuchungen seit Anfang der 2000er Jahre bis heute haben Konzentrationen von etwa 100 mg/kg bis fast 500 mg/kg Germanium. Diese Kupferschlacken haben in der Regel auch einen hohen Gallium Anteil. Der Wert von den beiden Metallen zusammen, der mit dieser Methode gewonnen werden kann, wird auf 1 Mrd. US-Dollar geschätzt.

 

Preise von Germanium

Analysten von „Zion Market Research“ schätzen in ihrem 208-seitigem Bericht das Wachstum von dem weltweiten Markt für Germanium im Prognosezeitraum (2023-2030) auf rund 3,5 % pro Jahr. Das würde bedeuten, dass der Umsatz des globalen Germaniummarktes von rund 292 Millionen USD im Jahr 2022 bis 2030 auf 384 Millionen USD steigt. Die nachfolgenden Preise für reines Germanium Metall (Ge-Metall) und oxidiertes Germanium (Ge-Dioxid) stammen von der Argus Media Group im Auftrag der US-Regierung:

 

 

Verwendung von Germanium in der Industrie

Germanium findet industrielle Verwendung im Hightech Bereich, wobei die Hauptanwendungsgebiete von Germanium Glasfaseroptiken für Glasfaserkabel, Nachtsichtgeräte, Zielfernrohre und Wärmebildkameras sind. Quantencomputer sind noch in der Entwicklung, aber einige Modelle benötigen ebenfalls Germanium, sodass der Bedarf an Technologiemetalle in Zukunft noch stärker steigen könnte. Würde man Germanium in den elektronischen Anwendungen ersetzten, müsste man Leistungsverluste hinnehmen. In der Raumfahrt findet Germanium Verwendung, da es eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als andere Halbleiter. Die Germanium-Computerchips sind weniger Störanfällig bei niedrigen Temperaturen. Die Bildgebung und Sensoren von E-Autos verwenden ebenfalls Germanium.

Verwendung von Germanium in Halbleiter

In den Jahren 1950 bis 1970 wurde Germanium verwendet, wie heute Silizium verwendet wird. Heute gibt es Halbleiter aus Silizium-Germanium (SiGe) Legierungen, mit einem beliebigen Verhältnis von Silizium und Germanium. Es wird üblicherweise als Halbleitermaterial in integrierten Schaltungen (ICs), Transistoren, CMOS-Transistoren oder als thermoelektrisches Material für Hochtemperaturanwendungen im Weltall (über 400 °C) verwendet. Solarzellen mit Germanium wurden bei dem Mars-Rover eingesetzt. Sehr helle LEDs, ebenfalls Halbleiter, lassen sich aus Germanium herstellen und elektrische Schaltkreise aus Germanium für Implantate im menschlichen Körper und Nanotechnologie sind Teil aktueller Forschung (2022).

Verwendung von Germanium in Optiken und Linsen

Germanium findet Anwendungen in Optiken und Linsen wegen seinem hohen Brechungsindex und seiner geringen optischen Dispersion. Dadurch eignet es sich besonders gut für Weitwinkelobjektive, Mikroskopie und den Kern von Glasfasern. Durch die bessere Wärmeleitfähigkeit als Silizium hat es Titandioxid als Dotierstoff für Siliziumdioxidfasern ersetzt. Der Bedarf an Glasfaserkabel steigt durch die zunehmende Digitalisierung rasant an. Die DERA schätzt bis 2035 eine Verdopplung der Germanium-Nachfrage. Eine vor kurzem veraltete Anwendung von Germanium sind wiederbeschreibbaren DVDs, da USB-Sticks oder externe Festplatten praktischer geworden sind.

Kristalle und Gläser aus Germanium sind im infraroten Wellenlängenbereich transparent. Deswegen ist es ein wichtiges optisches Material für den Infrarotbereich. Germanium Linsen werden in Wärmebildkameras benutzt, die im Bereich von 8 bis 14 Mikrometern für die passive Wärmebildgebung verantwortlich sind. Mobile Nachtsichtgeräte und Brandbekämpfung werden von der Industrie gefertigt. Kohlendioxid-Laser (CO₂-Laser) emittieren ebenfalls infrarotes Licht, sodass früher Linsen aus Germanium verwendet wurden, heute aber durch Zinkselenid ersetzt werden.

Weitere Verwendungen von Germanium

Germanium lässt sich als Katalysator für die Herstellung von Polymere verwenden. In Japan wird Germanium häufig zur Herstellung von PET Flaschen verwendet, während diese Methode in den USA gar nicht genutzt wird. Neben PET wird auch Polyester aus den Polymeren hergestellt. Germanium fand früher Verwendung in Nahrungsergänzungsmittel für Krebs, AIDS, Immunschwäche und weiteren Krankheiten. Mittlerweile ist der Zusatz von Germanium in Lebensmitteln in Deutschland, Österreich und nach EU Gesetz verboten. Germanium wird als Detektor und zur Detektorkalibration verwendet. Die Kristallstruktur ermöglicht die Verwendung von Germanium in Strahlendetektoren, z.B. an Flughafenkontrollen. In der Forschung werden zahlreiche Detektoren aus Germanium hergestellt.

 

Was ist organisches Germanium?

Organisches Germanium ist auch als Organogermanium bekannt und besteht aus einer Germanium-Kohlenstoff-Verbindung.

Was ist kolloidales Germanium?

Kolloidales Germanium ist in Wasser/Flüssigkeit gelöstes Germanium mit einer sehr geringen Konzentration.

 

Verwendung von organischem und kolloidalen Germanium

Organisches Germanium ist eine Verbindung mit Kohlenstoff, sodass es besser wasserlöslich als andere Germanium Verbindungen ist und dadurch besser in der Natur absorbiert wird. Homöopathische Produkte verwenden meistens organisches oder kolloidales Germanium. Das Bundesinstitut für Risikobewertung warnt ausdrücklich vor der Einnahme und Verwendung von Germanium-132-Kapseln und anderen Ge-Gesundheitsprodukten. Die EU hat Nahrungsergänzungsmittel und medizinische Anwendungen von Germanium verboten.

Ist Germanium schädlich für Menschen?

Ja, Germanium verursacht Gesundheitsschäden bei Menschen. Nierenschäden, Nervenkrankheiten, neurologische Schäden, bis zum Tot. In Tierversuchen starben die Hälfte der untersuchten Ratten ab 3700 mg pro kg Körpergewicht, bei oraler Einnahme.

In Japan ist die Anwendung noch erlaubt, jedoch berichten Patienten bei einer Einnahme von 49 bis 588 mg pro Tag über einige Nebenwirkungen:

• Appetitlosigkeit
• Durchfall
• Übelkeit und Erbrechen
• Muskelschwäche und Muskelschmerzen
• Nierenschäden
• Abmagerung
• Taubheitsgefühl in den Gliedern
• Hautbrennen
• In mindestens 5 Fällen Tod

 

Braucht der Mensch Germanium im Körper?

Nein, Germanium, egal in welcher Form, wurde bisher keine Funktion im menschlichen Körper nachgewiesen. Es ist kein essenzielles Spurenelement und es gibt daher auch keine Germanium-Mangelerkrankungen.

Anwendungen von kolloidales Germanium gilt in der Homöopathie als Medizin. In der Homöopathie finden sich fast alles teuren Metalle als kolloidales Wundermittel, wie z.B. kolloidales Silber oder kolloidales Gold. Die Kolloide in der Flüssigkeit sind Klumpen mit bis zu 50.000 Atomen und haben einen Durchmesser von 1 bis 1.000 Nanometer (nm). Einen medizinischen Nutzen konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Kolloidales Germanium findet z.B. Verwendung in 250ml Lösung mit 100ppm (parts per million – Teile von einer Million), das bedeutet in den 250ml sind 25 Milligramm (mg) Germanium. Auch wenn die Dosis als unbedenklich erscheint, ist ein Nutzen von so einer geringen Konzentration fragwürdig. Pflanzen mit einer Konzentration von mehr als 5 ppm Germanium im Gewebe sterben in der Regel ab. Tomatensaft, Austern, Thunfisch, Knoblauch, Aloe vera, Ginseng, Schilfpilze und grüner Tee weisen eine Germanium-Konzentration von 2 bis 9 ppm auf.

 

 

Germanium Verwendung als Schmuck

Goldlegierungen mit einem 12-prozentigem Anteil von Germanium werden immer beliebter als Schmuck. Jedoch wird, ähnlich wie im Gesundheitsbereich, Germanium häufig als Allheilmittel verkauft. Magnetische Ohrringe mit einem Germanium Anteil für weniger als 10 € versprechen einen schlanken Bauch oder heilen Cellulite an den Beinen. Ein Kaufgrund sollte hier das Design oder der Glanz von einer Gold-Germanium-Legierung sein und nicht die angepriesenen Wunder. Ein nachhaltiger Kaufgrund ist z.B. grünes Gold, um das glänzende Metall mit einem guten Gewissen tragen zu können.

Neben den Ohrringen finden sich viele Gesundheitsarmbänder oder energetische Ketten mit anteiligem Germanium. Auch hier gilt, Schmuck für unter 10 € ist in jedem Fall fragwürdig, egal aus welchem Material. Aber auch von teureren Armbändern mit einem größeren Stein oder Kristall aus Germanium sollte man keine Wunder erwarten. Gesundheitlich bedenklich ist Germanium nur, wenn man es oral einnimmt. Als Schmuck auf der Haut sind keine gravierenden Probleme bekannt.

 

Handel mit Germanium – Ankauf, Import, Export und Investment

Germanium wurde in letzter Zeit immer wichtiger und der weltweite Handel hat dadurch enorm zugenommen. Am 3. Juli 2023 verhängte China plötzlich Export-Kontrollen für seltene Erden wie Germanium (und Gallium) und verschärfte damit die Handelsspannungen mit westlichen Verbündeten, insbesondere mit den USA. Unter Berufung auf „nationale Sicherheitsinteressen“ teilte das chinesische Handelsministerium mit, dass Unternehmen, die Germanium enthaltende Produkte verkaufen wollen, eine Ausfuhrgenehmigung benötigen. China importiert jedoch selbst Produkte aus dem Ausland, die aus Gallium hergestellt wurden. Nach den chinesischen Exportbeschränkungen kündigte das russische Staatsunternehmen Rostec eine Erhöhung der Produktion von Germanium an, um die Inlandsnachfrage zu decken.

Die USA haben bereits im Jahr 1993 die „Defense Logistics Agency Strategic Materials“ (DLA Strategic Materials) initiiert, ein Programm zum Recycling von Germaniumschrott, der aus ausgemusterten militärischen Geräten stammt und weiteren seltenen Erden und wichtigen Rohstoffen. Das Recyclingprogramm des US-Militärs sollte bis zu 3.000 Kilogramm hochreines Germanium pro Jahr produzieren, das für Nachtsicht- und Wärmebildgeräte und andere militärische Zwecke verwendet werden könnte. Historisch hatten die USA mit dem Verkauf von nationalen Reserven. China hat in den 2000er Jahren einige hundert Projekte für die Produktion von Germanium zunichtegemacht, die nur bei dem damals hohen Preis profitabel gewesen wären. Nachdem China seinen Export gesteigert hat, waren diese Minenprojekte nicht mehr Rentabel und wurden eingestellt.

Die gestiegene Nachfrage hat die Germanium-Preise zuletzt um knapp zehn Prozent in die Höhe getrieben. Durch die Exportkontrollen wird der Preis wahrscheinlich weiter steigen. Für private Anleger lohnt sich ein Blick auf Noble BC, die auf eine Blockchain-basierte Lösung von Finomet setzt, um einen fälschungssicheren Besitznachweis für die Anleger auszustellen. Durch das Zollfreilager von Noble BC für Privatanleger fallen internationale Hindernisse bei Ankauf, Import und Export für die Privatinvestoren weg und weder bei Kauf noch bei Verkauf fällt die Umsatzsteuer an. Nachdem der Rohstoff, egal ob Germanium oder ein anderes Technologiemetall, mindestens ein Jahr bei demselben Besitzer war, ist der Verkaufsgewinn auch nicht zu versteuern.

(TB)