Seltene Erden – der Begriff ist nicht jedem geläufig. Dabei sind sie ein wichtiger Bestandteil in vielen technischen Geräten. Doch auch in der Luftfahrt oder in Brennstoffzellen sind sie ein unverzichtbarer Bestandteil. Was sind seltene Erden also? Wir liefern euch nicht nur eine Erklärung des Begriffes, sondern werfen auch einen Blick auf deren Abbau und welche Probleme damit verbunden sind.

Was sind seltene Erden genau?

Bei seltenen Erden handelt es sich um eine Gruppe von Metallen. Zu ihnen gehören im Periodensystem die Lanthanoide, sowie bis auf eine Ausnahme die 3. Nebengruppe (Scandium-Gruppe). Somit umfassen die seltenen Erden insgesamt 17 Metalle. Der Begriff wirft viele Fragezeichen auf. Schließlich handelt es sich weder um Erde, noch sind die Elemente in der Regel wirklich selten. 

Zumindest etwas klarer wird es, wenn man den eigentlich vollständigen Begriff „Metalle der seltenen Erden“ benutzt. Zuerst wurden diese Metalle in den Oxiden (damals war der Begriff „Erden“ üblich) seltener Mineralien gefunden. Dieses kleine Missverständnis des Namens ist übrigens nicht exklusiv für den deutschen Sprachraum. Auch im Englischen spricht man von „rare earth elements“. Die seltenen Erden sind weitgehend ähnlich silberfarbige Metalle, die aber schnell an der Luft anlaufen. Obwohl an sich nicht selten, sind Vorkommen in wirtschaftlich lohnender Größe und Dichte tatsächlich eher selten.

Diese Elemente bilden die seltenen Erden

Ohne ausführlich auf jedes Element einzugehen, zeigt euch diese Liste zumindest einen kurzen Überblick der Metalle und wo diese unter anderem eingesetzt werden. Auch verraten wir, wie die Elemente jeweils an ihrem Namen gekommen sind.

Ihr könnt die Liste aber auch problemlos überspringen, da wir anschließend auch nochmal genauer auf die Rolle der Metalle der seltenen Erden in unseren High Tech-Geräten im Alltag eingehen.

Scandium

Benannt man dem lateinischen Wort für Skandinavien. Genutzt wird Scandium unter anderem für Hochleistungs-Hochdruck-Quecksilberdampflampen, wie sie in Stadien zum Einsatz kommen. Aber auch für die Herstellung von Laserkristallen oder bei der Chlorwasserstoff-Herstellung wird Scandium eingesetzt.

Yttrium

Nach seinem Entdeckungsort Ytterby in Schweden benannt. Dient ähnlich dem Scandium als Laserkristall, wird aber auch als Mikrowellenfilter genutzt. Als Legierung und Keramik findet sich Yttrium auch in Supraleitern oder Zündkerzen wieder. Außerdem wird Yttrium in der Nuklearmedizin eingesetzt.

Lanthan

Der Name stammt vom griechischen „lanthanein“ (versteckt sein) ab und bezieht sich wohl darauf, dass die seltenen Erden ursprünglich in Oxiden „versteckt“ entdeckt wurden. Lanthan ist Bestandteil von Akkus in Elektroautos und Laptops, aber auch ein wichtiger Bestandteil für Zündsteine in Feuerzeugen. Außerdem wird Lanthanoxid zur Herstellung hochwertiger Gläser, etwa in Fotoobjektiven genutzt.

Cer

Benannt nach der römischen Göttin des Ackerbaus, bzw. dem nach ihr benannten Zwergplaneten Ceres. Zusammen mit Lanthan wird Cer für Zündsteine verwendet, wird Kraftstoff aber auch beigemischt, um Rußpartikelfilter zu regenerieren. Außerdem wird es für einige Spezialgläser, wie etwa UV-Filter, genutzt.

Praseodym

Der Name kommt von den griechischen Wörter „prásinos“ (lauchgrün) und didymos (doppelt / Zwilling) und spielt auf die Grünfärbung seiner Verbindungen an. Genutzt wird Praseodym unter anderem als Legierung für Flugzeugmotoren und starke Dauermagnete. Es wird auch Glas und Emaille beigemischt, um eine grüne Färbung oder eine verbesserte UV-Absorption zu erreichen.

Neodym

Erneut griechische Namensherkunft aus „neo“ (neu) und didymos (doppelt / Zwilling). Da Neodym und Praseodym anfangs für das gleiche Element Didym gehalten wurde, ist auch der Einsatzbereich sehr ähnlich. Neodym wird ebenso für Dauermagneten und Glasfärbungen, aber auch für Laser genutzt.

Promethium

Benannt nach Prometheus, der in der griechischen Mythologie den Göttern das Feuer stahl und zu den Menschen brachte. Promethium nutzt man unter anderem als Betastrahler, als Energiequelle in Satelliten und als Zusatz für Leuchtfarben.

Samarium

Erstmals aus dem Mineral „Samarskit“ isoliert, ist auch Samarium nach dem russischen Bergbauingeneur Samarski-Bychowez benannt, der das Mineral entdeckte. Genutzt wird Samarium wegen seiner Eigenschaften vor allem als Dauermagnet in Festplatten, Kopfhörern oder Quarzuhren. Samarium dient aber auch als leichter Magnetwerkstoff in der Raumfahrt und zur Behandlung von Knochenschmerzen bei Krebserkrankungen.

Europium

Benannt nach dem Kontinent Europa. Anwendungsbereiche für Europium sind vor allem Leuchtstoffe. Es findet sich in LEDs, Leuchtstoflampen aber auch als roter Leuchtstoff in Plasmafernsehern.

Gadolinium

Benannt nach dem Chemiker Johan Gadolin, der zwar nicht Gadolin, dafür aber Yttrium, das erste Metall der seltenen Erden entdeckte. Gadolinium dient in Brennelementen für AKWs als Absorbmaterial, das vor allem zu Beginn eines Betriebszyklus die Reaktivität des Reaktors begrenzt. Außerdem kennt man es auch als grünen Leuchtstoff in Radar-Bildschirmen oder als Kontrastmittel für die Kernspintomographie.

Terbium

Auch Terbium leitet sich vom Fundort Ytterby ab, der viele Entdeckungen seltener Erden hervorbrachte. Terbium dient der Gefügestabilisierung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen, ist aber auch in Magneten oder grünen Leuchtstoffen und Lasern zu finden.

Dysprosium

Die Bezeichnung Dysprosium leitet sich vom griechischen Wort für „unzugänglich“ ab. Man nutzt Dysprosium vor allem in Permanentmagneten, unter anderem in Generatoren für Windkraftanlagen. Es findet sich aber ebenso als Legierung in Abschirmmaterial für Kernreaktoren.

Holmium

Bei Holmium ist unklar, ob der Name sich auf den schwedischen Chemiker Holmberg oder die schwedische Landeshauptstadt Stockholm bezieht. Auch Holmium kommt in Hochleistungsmagneten vor, aber auch in der Medizintechnik. Ebenso findet es sich in Steuerstäben von Brutreaktoren. Als Brutreaktor bezeichnet man einen Kernreaktor, der zugleich mehr spaltbares Material herstellt, als er selbst verbraucht.

Erbium

Auch der Name Erbium stammt von seinem Fundort, der Grube Ytterby bei Stockholm ab. Da Erbium-dotierte Faserverstärker Lichtsignale verstärken können, setzt man es unter anderem in Glasfaserkabeln ein. Erbium wird aber auch in Laserkristallen für die Humanmedizin eingesetzt. Da viele seiner Verbindungen rosa eingefärbt sind, nutzt man es auch in Töpferei und Glasbläserei.

Thulium

Nach der mythischen Insel Thule aus dem antiken Griechenland benannt, die vermutlich im skandinavischen Raum lag. Thulium nutzt man unter anderem in der Röntgentechnik oder in Lasergeräten, die als chirurgische Skalpelle dienen. In Fernsehgeräten dient es außerdem zur Aktivierung von Leuchtstoffen in Fernsehern.

Ytterbium

Auch Ytterbium ist wenig verwunderlich nach seinem Fundort in der Grube Ytterby benannt. Ytterbium wird unter anderem in Infrarotlasern genutzt. Deutsche Forscher haben außerdem auch eine Atomuhr mit Ytterbium statt dem üblichen Caesium gebaut. In der Genauigkeit stellte sie alle bisherigen Atomuhren nochmal in den Schatten.

Lutenium

An der Pariser „Académie des sciences“ erst richtig entdeckt, benannte man Lutenium nach Lutetia – dem alten Namen für Paris. Für Lutenium gibt es vergleichsweise wenig Anwendungsbereiche. Lutenium ist unter anderem ein Katalysator zum Cracken von Öl. Meist wird es jedoch im Mischmetall seltener Erden eingesetzt, um die aufwendige Trennung der einzelnen Metalle der seltenen Erden zu umgehen.

Die Rolle von seltenen Erden für elektrische Geräte

Seltene Erden finden sich in vielen Geräten unseres täglichen Bedarfs wieder. Eine besonders prominente Rollen spielen dabei Permanentmagneten. Sie finden sich nicht nur in Elektro-Autos und Smartphones, sondern auch in Windanlagen. 

Eine Grafik von Visual Capitalist zeigt sehr anschaulich, welche Rohstoffe in einem Smartphone verbaut sein können. So benötigt das Display Metalle der seltenen Erden, um die Farben zu erzeugen, beziehungsweise damit es überhaupt leuchtet. Da seltene Erden außerdem eine wichtige Rolle für moderne Dauermagneten spielen, sind sie auch in den Lautsprechern, Mikrofonen und der Vibrationstechnologie verbaut.  

Seltene Erden sind übrigens nicht das einzige Problem. In den verbreiteten Lithium Ionen Akkus sind beispielsweise Lithium und Kobalt verbaut. Kobalt wird unter anderem unter menschenunwürdigen Bedingungen und teils von Kindern im Kongo abgebaut. Auch der Abbau von Lithium in Südamerika ist mit hohen Belastungen für die Gesundheit der dort lebenden und arbeitenden Menschen und Schäden an der Umwelt verbunden.

Wo werden seltene Erden abgebaut?

Bei den Metallen der seltenen Erden genießt China eine gefährliche Vormachtsstellung. Laut Statista war China 2021 für rund 60 Prozent der Produktion von seltenen Erden verantwortlich. Auf Platz 2 folgen die USA mit einem deutlich geringeren Anteil von 15,52 Prozent. Dabei bemühen sich die USA schon längst, sich aus der Abhängigkeit von China zu befreien. Andere Quellen beziffern Chinas Anteil an der Bergwerksförderung sogar auf bis zu 90 Prozent.

Und es ist auch nicht so, dass die Metalle der seltenen Erden tatsächlich wirklich selten sind. Eigentlich sind sie sogar recht häufig in der Erdkruste vorhanden. Problematisch ist es eher Vorkommen zu finden, deren Abbau sich wirtschaftlich lohnt. Aber auch da liegt der Anteil Chinas „nur“ bei rund 38 Prozent. Die USA verfügt nur über rund 1,3% weltweiter Reserven an Seltenen Erden.

Weitgehend ungenutzt sind dagegen  die enormen Reserven in Vietnam und Brasilien. Diese machen jeweils über 18 Prozent aus, spielen in der Produktion aber kaum eine Rolle. Das gleiche gilt für Indien, wo die fünftgroßen Reserven (10,3%) der Welt liegen. In Europa verfügt Russland über die mit Abstand größten Reserven – die bislang aber wenig genutzt werden und von denen sich der Westen wohl nicht mehr abhängig machen lassen würde. Doch auch Grönland hat durchaus Reserven. 2012 stieß man übrigens im sächsischen Storkwitz auf das bislang größte Vorkommen seltener Erden in Mitteleuropa. 2015 gab man die Erlaubnis zur bergbaulichen Erschließung wieder zurück – es sei nicht luktrativ genug.

Der Abbau seltener Erden ist ein Problem für die Umwelt

Dass China eine führende Rolle beim Abbau seltener Erden einnimmt, hat vor allem zwei Gründe. Zum einen unterbot China anfänglich andere Produzenten deutlich im Preis. Mittlerweile nutzt China seine Stellung und die hohe Nachfrage auch, um die Preise anzuziehen. Ein weiterer Grund ist aber auch, dass dort weniger strenge Regeln für Minen gelten. Denn Der Abbau seltener Erden ist eine große Belastung für die Umwelt.

Zuerst ist da der Abbau selbst. Die Konzentration der Erze, in denen die seltenen Erden vorhanden sind, sind im Verhältnis zu anderen Gesteinen beim schürfen eher gering. Das bedeutet, dass in den Minen viel Gestein abgebaut werden muss, um große Mengen der Seltenen Erden-Erze zu erhalten. Bilder der wichtigen Bayan Obo-Mine in der inneren Mongolei führen einen vor Augen, in welchen Dimensionen riesige Löcher und Schluchten in den Boden getrieben werden.

Beim Abbau entsteht außerdem eine große Staubbelastung, die ohne entsprechenden Schutz schon gesundheitsgefährdend sein kann. Dazu setzt die Aufbereitung der seltenen Erden auch teils radioaktiv belastete Rückstände ab. Diese sind zudem noch mit anderen Stoffen gemischt, die durch die Verwendung von Chemikalien zur Trennung der einzelnen Bestandteile entstehen. Neben dem Einsatz von Chemikalien, erfordert der Gesamtprozess vom Abbau bis zu den fertigen Endstoffen eine ganze Menge Energie.

Recycling ist sehr wichtig für seltene Erden – aber auch für andere kritische Rohstoffe

Der Abbau in Minen ist aber nicht der einzige Weg, um an seltene Erden zu gelangen. Für Deutschland böte es sich beispielsweise an, eine Vorreiterrolle im Recycling der wertvollen Ressourcen einzunehmen. Damit ließen sich die wertvollen Metalle bei geringerer Umweltbelastung erneut nutzen. Die möglichen Recyclingmethoden reichen dabei von der schlichten Wiederverwendung oder Aufbereitung von Magneten bis hin zu metallurgischen Verfahren.

Bei der Wiederverwendung von Magneten oder der Wiederaufbereitung von Legierungen gibt es nur einen geringen Energiebedarf und es entsteht kein Abfall. Dafür sind die zu nutzenden Komponenten sehr eingeschränkt und es wird auch händische Arbeit notwendig, diese auszubauen. Gerade bei größeren Magneten, wie etwa aus Windkraftanlagen, lassen sich so aber größere Mengen wertvoller Ressourcen auf einfache Art retten.

Metallurgische Methoden oder Gasphasenextraktion sind dagegen deutlich komplexere Recyclingmethoden. Diese haben einen deutlich höheren Bedarf an Energie, Chemikalien oder im letzteren Fall Chlorgas und sorgen für kritischere Abfallprodukte. Das Recycling von seltenen Erden hat außerdem das Problem, dass der Fokus beim Recycling elektrischer Geräte oft auf Eisen, Nickel und Kobalt ausgerichtet ist. Gerade Nickel und Kobalt sind dabei auch kritische Rohstoffe für die Elektroindustrie.

Aktuell liegen wir beim Recycling aber noch zurück. Die meisten Recyclinganlagen stehen in Asien. Neben Vietnam, den Philippinen und Japan, ist auch beim Recycling vor allem China ein wichtiger Akteur.

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Image by ebenart via Adobe Stock

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