Neodymoxid – Rohstoff für die Energiewende

Neodymoxid ist einer der Hauptbestandteile der grünen Energiewende als Metall im stärksten Dauermagneten der Welt.  In seiner reinen Form ist Neodymoxid ein blaues Pulver aus Neodym und Sauerstoff. Neodymoxid wird hauptsächlich in der Magnetindustrie, z.B. für die Generatoren in Windkraftanlagen oder in der Glasindustrie und der Laserindustrie eingesetzt. Die Neodym Magnete werden in der grünen Energiewende für effiziente Generatoren und Motoren benötigt.

Industrielle Verwendung von Neodym und Neodymoxid

Neodymoxid entsteht aus der Seltenen Erde Neodym und Sauerstoff auf natürliche Weise. Neodym kommt in der Natur nur in chemischen Verbindungen vor, meistens zusammen mit 4 anderen Seltenen Erden. Neodymoxid hat zahlreiche industrielle Verwendungen. Eine der häufigsten und bekanntesten Produkte aus Neodymoxid sind die stärksten Dauermagneten der Welt. Windräder und E-Autos wären ohne Neodymoxid undenkbar. Für Investoren, die Seltene Erden als Sachwertanlage nutzen, ist Neodym eine lukrative Anlage für die Zukunft. Für die Dauermagneten muss der Sauerstoff vom Neodymoxid abgetrennt werden, um das reine Neodym Metall für die Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) Magneten zu erhalten. Die blaue Farbe von Neodymoxid wird zur Färbung von Glas, Keramik und Emaille verwendet. Wird Neodym mit weiteren Elementen zu Salzen gemischt, können ganz unterschiedliche Farben entstehen. Neodymoxid wird in der Industrie in den folgenden Produkten verwendet:

• Magnetindustrie
• Glasindustrie – Keramik – Emailliertes Glas
• Laserindustrie
• Keramikkondensatoren
• Katalysator in der Gummi-Herstellung
• Elektrokeramik

Neben den bekannten Neodym Magneten ist eine weniger bekannte Verwendung von Neodym die hochtemperaturbeständige Glaskeramik für keramische Kochfelder. Neodym(III)-oxid wird zur Glasfärbung verwendet, da es sehr warme violette bis weinrote und graue Töne im Glas erzeugt. Solche Gläser besitzen scharfe Absorptionsbanden und werden deshalb in der Astronomie zum Kalibrieren benutzt. Als Zusatz zu eisenhaltigem Glas wird Neodymoxid verwendet, um das Glas zu entfärben. Die Laserindustrie verwendet Neodymoxid zur Herstellung von Nd:YAG-Lasern, die infrarote Strahlung erzeugen und in Glasfaserkabeln eingesetzt wird.

Vorkommen von Neodymoxid und Neodym

Neodymoxid kommt wie die meisten Seltenen Erden überall in der Erdkruste vor. Die Konzentration ist aber so gering, dass nur konzentrierte Vorkommen gefördert werden. Es wird aus Bastnäsiterz (12 % Anteil Neodym) und Monaziterzen (16 % Anteil Neodym) hauptsächlich in China gewonnen. Die größten Vorkommen befinden sich derzeit in China, Australien, den GUS-Staaten und Brasilien, wobei China etwa 90 % des weltweiten Bedarfs an Neodym beliefert. Die Weltjahresproduktion von Neodymoxid liegt bei 43.000 Tonnen im Jahr 2020 (Quelle: Noble BC). Nach einer Studie soll der Bedarf bis 2050 um 66 % ansteigen.

Die Abbaugebiete von China liegen zum Großteil in der Mongolei. Der Abbau in der Mongolei stand häufig in der Kritik wegen der Zerstörung der Natur, Verschmutzung vom Grundwasser und schlechten Bedingungen für die Arbeiter. Ruth Kirchner berichtete 2012 über die wahren Kosten der Seltenen Erden: „Die Zähne der Schafe wurden schwarz, als sie das verseuchte Wasser tranken. Ein Zahn ist dann meist größer und länger geworden als alle anderen. Die Tiere konnten nicht mehr richtig fressen, sind abgemagert und dann verendet.“ Im Jahr 2011 untersuchte Murphy&Spitz die Auswirkungen von dem Neodym Abbau auf die Nachhaltigkeit von Windkraftanlagen.

Im Jahr 2022 hat China etwas ein Drittel der Seltenen Erden exportiert, was einer Menge von 50.000 Tonnen entspricht. Von dem Export gehen etwa zwei Drittel alleine in die USA und nach Japan. Im bisherigen Wirtschaftskrieg hat China nur den Export von Gallium und Germanium eingeschränkt. Das neu entdeckte Vorkommen von Seltenen Erden in Schweden wird noch erkundet und bis reines Neodymoxid für die Industrie geliefert werden kann, dauert es noch 10 bis 15 Jahre, schätzt Lars Kruse, CEO von Noble BC. Lynas betreibt die Mount-Welt-Mine in Australien mit dem Ziel 10.500 Tonnen Paresiodym und Neodym pro Jahr zu fördern. In Australien befinden sich die sechs größten Vorkommen von Neodymoxid und anderen Seltenen Erden der Welt.

Bedeutung von Neodymoxid für die grüne Energiewende

Für die grüne Energiewende sind die stärksten Dauermagneten der Welt besonders interessant. Windkraftanlagen und Wasserkraftwerke nutzen Generatoren mit Neodym Magneten. Moderne Motoren nutzen die Neodym Magneten auf die gleiche Weise wie Generatoren. Für den Betrieb von Generatoren und Motoren ist, neben der stärke des Magneten, die Hitzebeständigkeit besonders wichtig. In den Nachrichten hört man öfters von Windturbinen in Brand durch Überhitzung, da beim Betrieb eine Menge Wärme entsteht, die eine extra Kühlung benötigt.

Die Magneten für die grüne Energiewende halten idealerweise mindestens so lange, bis die restlichen Bauteile Feuer fangen. Dauermagneten verlieren ab der sogenannten Curie-Temperatur ihre magnetische Eigenschaft vollständig, sodass ein Motor oder Generator versagen würde. Der klassische Neodym-Eisen-Bor Permanentmagnet hat eine Curie-Temperatur von 310 °C. Es wird empfohlen Neodym-Eisen-Bor Magnete nicht über 80 °C zu erhitzen, da der Magnet bei höheren Temperaturen bereits merklich schwächer wird. Durch Legierungszusätze von Dysprosium, Terbium oder anderen Seltenen Erden funktioniert der Magnet bei bis zu 200 °C. Geht es um höhere Temperaturen, wird häufig Samarium-Kobalt verwendet.

Alternative Magneten für E-Autos

Die Neodym Magneten wurden bereits 1982 von der Autoindustrie erfunden, während heute Anstrengungen unternommen werden, eine Alternative zu finden. Neben der Abhängigkeit zu China sind die hohen Kosten der wichtigste Punkt für eine ähnlich effektive Methode. In einem typischen Elektroauto wiegen die Neodym Magnete etwa 3 kg. Der fremderregte Synchronmotor oder Induktionsmotor sind etablierte Alternativen und werden in einigen Kraftwerken und E-Autos verwendet. Tesla bietet beide Varianten an, wobei die Neodym Magnet Variante effizienter ist als der Induktionsmotor. Obwohl die Motorvariante mit Induktion von Tesla eingestellt wurde, hat Elon Musk angekündigt, in Zukunft nur noch Motoren ohne Neodym produzieren zu wollen. Bisher jedoch ohne einen funktionierenden Prototyp zu präsentieren.

Weitere Automobilunternehmen, die auf Alternativen zu Neodym Magneten setzten, sind BMW, Nissan, VW, Audi und Renault. Die Reichweite von E-Autos mit der Neodym Variante haben etwa 10 % mehr Reichweite. Für Investoren in Neodymoxid ist das aber keine schlechte Nachricht, da Experten dem 8-fachen Preis für Neodym bis 2030 ausgehen, wenn keine Alternative gefunden wird. Lars Kruse von Noble BC betont die Wichtigkeit für Neodymoxid für die Elektromobilität:

„Wenn sie beispielsweise in die Elektromobilität investieren wollen, dann sollte Neodymoxid in ihrem Portfolio enthalten sein. Damit lässt sich die Leistungsfähigkeit von Magneten steigern, die dann in Elektroautos zum Einsatz kommen.“

Alternative zu Neodym Dauermagneten und das Ungleichgewicht im Markt

Eine Alternative zu den Neodym-Eisen-Bor Magneten besteht aus einer Verbindung der Seltenen Erde Cerium, Kobalt und Magnesium. Weitere Kandidaten sind die Verbindung mit Eisen und Kupfer, anstatt Magnesium. Cerium gehört zwar auch zu den Seltenen Erden, kommt aber viel häufiger vor und ist einfach abzubauen als Neodymoxid. Tatsächlich entsteht Cerium beim Abbau von Neodymoxid als Nebenprodukt bei der Raffinierung, sodass beide Varianten Verwendung finden können.

Durch die verschiedenen Abhängigkeiten von Angebot und Nachfrage bei Seltenen Erden ist es für Investoren nicht Notwendig alle Metalle zu kaufen. Die Experten von Noble BC konzentrieren sich auf die fünf Seltene Erden (Neodymoxid, Gadoliniumoxid, Scandiumoxid, Terbiumoxid, Dysprosiumoxid) und fünf Technologiemetalle (Gallium, Rhenium, Germanium, Hafnium, Indium), wie Andreas Kroll im Interview berichtet.

Durch das gemeinsame vorkommen von Cerium und Neodymoxid sind die Preise miteinander verknüpft. Würden Cerium Magneten die Neodym Magneten ablösen, würde diese auf ganz natürliche Weise günstiger werden und umgekehrt. Ein weiteres Nebenprodukt bei dem Abbau von Neodymoxid ist Lanthan. Die hohe Nachfrage nach Neodymoxid hat die Preise für Cerium auf etwa 3 € pro kg gesenkt und den Preis für 1 kg Lanthan auf ebenfalls 3 € für die reinsten Formen. Da sich ein Überschuss an Cerium ansammelt, ist es äußerst wichtig, neue und innovative Anwendungen für dieses Seltene Erden zu finden und die Forschung n diesem Feld zu beobachten.

(TB)