Ohne sie läuft nichts

Eben noch wichtige Unterlagen am Computerbildschirm studiert, das Handy am Ohr, den Laptop in der Tasche und das Röntgen beim Arzt vor sich. Wenn der Weg zum Mediziner dann noch entlang einer von Windrädern gesäumten Autobahn führt und sich die Sonne auf einer Solaranlage in einem Feld spiegelt, ist die Brücke der Gemeinsamkeiten ein Stück weit geschlagen: Für all diese Geräte werden Seltene Erden benötigt, die längst in vielen industriellen Anwendungen zur Herstellung von Hightech-Produkten unerlässlich sind. So kommt beispielsweise in der Röntgentechnik Ytterbium und Thulium zum Einsatz, Samarium wird unter anderem für Leuchtstoffe, Katalysatoren, Mikrowellenfilter und Dauermagnete benötigt, Lanthan ist für Batterien unerlässlich und für die Automobilindustrie ist Yttrium ein technisch wertvoller Stoff: Das Metall sorgt für eine besonders widerstandsfähige Oberfläche, und das ist wichtig, weil die Zündkerzen durch die fliegenden Funken stark belastet sind.

Abbau vergiftet die Natur

Die Metalle der Seltenen Erden – die Experten zufolge übrigens gar nicht so selten, jedoch nur sehr schwer zu gewinnen sind – umfassen im engeren Sinne meist die 17 chemischen Elemente Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Der Öffentlichkeit bekannter sind sicherlich Plutonium und Uran, die nach den Lehren der Chemie zu den 30 Elementen der Seltenen Erden gezählt werden.

Marktführer bei der Produktion Seltener Erden ist die Volksrepublik China mit von Experten geschätzten 97,5 Prozent (Stand 2014). Die „Narben in der Landschaft“, die Abbau und Herstellung von Seltenen Erden hinterlassen, sind ein Aspekt, mit denen sich die promovierte Wissenschaftshistorikerin Luitgard Marschall und die Wirtschafts- und Umweltjournalistin Heike Holdingshausen in ihrem kürzlich veröffentlichten Buch „Seltene Erden – Umkämpfte Rohstoffe des Hightech-Zeitalters“ befassen. Bis vor kurzem in China fehlende Umwelt- und Sozialstandards führten auch zu Gesundheitsrisiken, beklagen sie. Als ökologische Schwachstellen benennen die Autorinnen zudem den hohen Energie-, Wasser- und Chemikalienverbrauch.

Die Metalle der Seltenen Erden werden mit Säuren abgebaut. Mit ihrer Hilfe werden die Metalle aus den Bohrlöchern gewaschen. Dabei bleibt vergifteter Schlamm zurück, der in China in künstlichen (und nicht als sicher eingestuften) Teichen gelagert wird. Die Autorinnen sehen ein spezielles Abfallmanagement für schwach radioaktive Materialien als erforderlich an, sowie besondere Umweltschutz- und Sicherungsmaßnahmen für die bei der Seltenerdherstellung anfallenden großen Mengen an problematischen Abfällen, Abwässern sowie Luft- und Staubemissionen, die nicht nur toxische Stoffe, sondern auch radioaktives Thorium und Uran enthalten.

Bis in die 1990er Jahre waren die USA der führende Seltene Erden-Produzent. Die ungleich kostengünstigere Herstellung in China führte zu einem Wechsel in der Marktführerschaft, das Geschäftsfeld wurde für die USA unrentabel. In der Folge exportierte China beispielsweise im Jahr 2014 knapp 25 000 Tonnen Seltener Erden. Mit knapp 90 Prozent dominiert das Land auch heute noch den Weltmarkt.

Doch die Erze der Seltenen-Erden-Metalle sind nicht allein in der Inneren Mongolei in China zu finden. Vorkommen gibt es auch in West-Australien, in Grönland und in Kanada, wobei der Abbau hier zunächst erforscht wird. Ernüchterung hingegen nach anfänglich vielversprechenden Tiefenbohrungen in Deutschland: Das Seltene-Erden-Vorkommen bei Storkwitz (Delitzsch, Kreis Nordsachsen), gefeiert als Europas größtes Vorkommen, entpuppte sich als zu gering und die Aufbereitung zudem als zu aufwendig und damit wirtschaftlich unattraktiv. Und auch für die von Wissenschaftlern im Pazifik entdeckten großen Vorkommen der für zahlreiche Schlüsseltechnologien wichtigen Metalle scheint ungewiss. Die Frage nach wirtschaftlicher Rentabilität einer industriellen Förderung ist bislang ungeklärt.

Gewaltiger Fund vor Japans Küste

Ein riesiges Depot der wertvollen Metalle, die sich in der Erdkruste befinden, wurde von Forschern nahe der Küste Japans gefunden. Laut einer im Wissenschaftsjournal „Nature“ veröffentlichten Studie befinden sich in dem Vorkommen 16 Millionen Tonnen von Metallen Seltener Erden. Darunter unter anderem Dysprosium, das in der Lasertechnik Verwendung findet, Yttrium, das für Kondensatoren und Radarsysteme benötigt wird, Europium, bedeutsam für Leuchtstoffe und Lasertechnik sowie Terbium, das bei der Herstellung unter anderem von Brennstoffzellen eingesetzt wird.

Für Japan als großem Elektronik-Hersteller und damit großem Abnehmer wäre die Förderung und Produktion eigener Seltenerdmetalle eine große Chance, sich vom Monopol Chinas, das Lieferungen im Streit um eine Erhöhung der Ausfuhrzölle vor einigen Jahren mit Exportbeschränkungen belegt hatte, zu lösen.

Die Mineralien der Seltenen Erden gelangten übrigens in die Nähe der Erdoberfläche, als tektonische Aktivität Teile des Erdmantels bewegt hatte. Ohne den Einsatz der hochreaktiven Metalle wäre die Technik von heute nach Ansicht von Wissenschaftlern noch auf dem Stand der 1990er Jahre. Der Einsatz der Metalle dient übrigens nicht allein der Kommunikation, dem Transport oder der Herstellung von Magneten, sondern auch dem medizinischen Fortschritt, von dem wir alle profitieren: So wird Gadolinium zur Kontrastverstärkung bei der Kernspintomographie eingesetzt. Das Seltenerdmetall besitzt paramagnetische Eigenschaften und bewirkt eine Veränderung des Magnetfeldes im untersuchten Organ, der Kontrast wird verstärkt. Dadurch lassen sich eventuelle krankhafte Veränderungen innerer Organe wie etwa Niere, Leber, Bauchspeicheldrüse oder Harnblase exakt diagnostizieren. Das Gadolinium selbst sendet keine Signale aus.