Der Kampf um die Seltenen Erden

China kontrolliert die Produktion einiger seltenerer Metalle, die für den grünen Hightech-Boom unverzichtbar sind. Seit drei Wochen blockiert die chinesische Regierung die Lieferungen von Seltenen Erden nach Japan. Das Embargo zeigt, dass die westlichen Industrieländer dringend Alternativen zu den wertvollen Stoffen finden müssen.

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  • Adam Aston

China kontrolliert die Produktion einiger seltenerer Metalle, die für den grünen Hightech-Boom unverzichtbar sind. Seit drei Wochen blockiert die chinesische Regierung die Lieferungen von Seltenen Erden nach Japan. Das Embargo zeigt, dass die westlichen Industrieländer dringend Alternativen zu den wertvollen Stoffen finden müssen.

Seit drei Wochen blockiert China Lieferungen von Seltenen Erden nach Japan. Was wie eine handelspolitische Fußnote wirkt, steht in Wirklichkeit für ein ernstes Problem: China hat derzeit ein faktisches Monopol über jene Elemente, die im Periodensystem im Wesentlichen zwischen den Nummern 57 und 71 rangieren – und für Festplatten, Solarmodule oder Elektroauto-Batterien unverzichtbar sind.

Auslöser für die Blockade war offenbar ein Territorialstreit zwischen beiden Ländern im Südchinesischen Meer. China dementiert zwar, dass es sich um ein Embargo handele. Aber für die japanische Wirtschaft tut die Bezeichnung nichts zur Sache: Einige Firmen könnten schon in Kürze gezwungen sein, ihre Produktion einzustellen, warnte Japan Handelsminister Akihiro Ohata vor einigen Tagen.

Zu den Seltenen Erden gehört beispielsweise Terbium. Es wird für die Produktion von grünem Phosphor benötigt, der in Flachbildschirmen, Lasern und Energiesparbirnen verwendet wird. Neodym wiederum ist essenziell, um Permanentmagneten herzustellen. Die werden in Elektromotoren oder in getriebelosen Windrädern eingesetzt.

Dabei ist es nicht so, dass Seltene Erden nur in China zu finden wären. Auch wenn die neue Supermacht derzeit über 90 Prozent der Metalle fördert, gibt es überall auf der Welt Vorkommen. Anders als der Name vermuten lässt, kommen sie in der Erdkruste häufiger als Edelmetalle wie Gold und Platin vor. Tatsächlich waren die USA bis Anfang der 1980er Hauptproduzent von Seltenen Erden. Wegen der niedrigen chinesischen Produktionskosten und Umweltproblemen haben jedoch die meisten Abbaufirmen außerhalb Chinas in den vergangenen Jahren die Förderung eingestellt.

Einige der Elemente lassen sich zumindest mit alternativen Technologien umgehen. Ein Beispiel ist der Motor, den Tesla Motors in seinem Elektroauto Roadster einsetzt. Er enthält anstelle eines Permanent- einen Elektromagneten. Der Haken daran: Elektromagneten sind größer und schwerer – ein Permanentmagnet nimmt nur ein Zehntel des Raums ein. Deshalb setzen auch Hybridauto-Hersteller wie Toyota bislang auf die kompakten Magneten.

Für Tesla zahlt sich der Einsatz von Elektromagneten immerhin aus, da sie eine höhere Spitzenleistung in verschiedenen Fahrsituationen ermöglichen. Schließlich bewirbt die Firma den Roadster auch damit, dass er von null auf hundert in 3,7 Sekunden beschleunigen kann. „Für uns waren die schwankenden Preise von Permanentmagneten mit Seltenen Erden die Hauptbesorgnis“, erzählt J.B. Straubel, Cheftechniker von Tesla Motors. „Die geopolitischen Spannungen hätten wir ja gar nicht vorhersehen können.“

Auch andere Hersteller wollen nun dem kalifornischen E-Autobauer folgen. Eine Woche nach Beginn des Defacto-Embargos kündigte ein japanisches Entwicklungsteam an, einen Hybridmotor ohne Seltene Erden konstruiert zu haben, und auch Hitachi ließ Ähnliches verlauten. Der Mini E von BMW verwendet ebenfalls einen Induktionsmotor. Tesla Motors selbst liefert den Antrieb für den neuen RAV 4 von Toyota. „Für Autohersteller ist es sinnvoll, den Induktionsmotor in Betracht zu ziehen“, urteilt Wally Rippel, leitender Wissenschaftler bei AC Propulsion, der früher in der Induktionsmotor- Entwicklung von Tesla Motors und General Motors war.

Neben Alternativtechnologien fahnden Forscher in den USA und anderen Ländern bereits nach Ersatzstoffen für die Seltenen Erden. Die Advanced Research Projects Agency for Energy, ARPA-E, fördert die Entwicklung von Permanentmagneten, die möglichst ohne Neodym und seine Verwandten auskommen, bereits mit sieben Millionen Dollar.

Forscher der University of Nebraska etwa versuchen es mit einer Eisen-Kobalt-Legierung, FeCO genannt. Die damit hergestellten Permanentmagneten sind aber nur halb so stark wie die auf Seltenen Erden basierenden. Die Nebraska-Wissenschaftler wollen dieses Problem lösen, indem sie die Struktur der Legierung mit Spuren anderer Elemente gezielt verunreinigen. Durch die geänderte atomare Geometrie, hoffen sie, würden die resultierenden Magneten stärker.

Forscher der University of Delaware arbeiten im Rahmen der ARPA-E-Förderung an Nanokompositen, die nur geringe Mengen an Seltenen Erden enthalten, nach theoretischen Berechnungen aber dieselbe Leistung ermöglichen sollen wie die derzeit besten Permanentmagneten. 20 bis 30 Nanometer große Partikel etwa aus Neodym werden dabei mit Teilchen aus Zinn-Kobalt gemischt. Der Effekt hängt davon ab, dass die Partikel in exakten Mustern angeordnet werden. Solange man sie einfach nur zu großen Klumpen vermischt, ist die Magnetstärke gering.

GE Global Research experimentiert in dieselbe Richtung. Aus Nanopulvern sollen neue starke Magnete entstehen. „Die Ausgangsmaterialien sind leider in sich instabil“, sagt Luana Iorio, Projektleiterin am High Temperature Alloys and Processing Laboratory von GE Global Research. Man bewege sich gerade an der Grenze dessen, was an nanoskaligen Fertigungsverfahren machbar sei.

Iorio schätzt allerdings, dass, sollte das Projekt erfolgreich sein, Magneten möglich werden, die 35 Prozent stärker als die besten Permanentmagneten von heute sind. Und das, obwohl 40 Prozent weniger Seltene Erden darin stecken. In zwei Jahren wollen Iorio und ihre Kollegen eine Probe von einigen Zentimetern Durchmesser fertig haben.

Bis dahin dürfte erst einmal die Suche nach nicht-chinesischen Quellen von Seltenen Erden im Vordergrund stehen. Die kalifornische Firma Molycorp Minerals erwägt bereits, ihre 2002 geschlossenen Minen wieder zu öffnen – trotz aller Umweltbedenken. In den vergangenen Wochen sind im US-Kongress drei Gesetzesentwürfe herumgereicht worden, die die Produktion von Seltenen Erden wiederbeleben sollen, vom Abbau bis zur Veredelung. Denn die japanische Blockade ist ein klares Signal: China hat im geopolitischen Poker mehr als nur ein Druckmittel in der Hand. Für die westlichen Länder steht damit der neue grüne Hightech-Boom auf dem Spiel. (nbo)