Seltene Erden: Wie wertvoller Schlamm fünf Kilometer tief im Meer entsteht

Japanische Forscher haben ein großes Vorkommen seltener Erden am Boden des Pazifiks gefunden. Es soll den derzeitigen Weltbedarf für Jahrhunderte decken können, und es ist nicht das Einzige. Aber wie kommen die begehrten Rohstoffe dort hin?

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 27. April 2018, 9:13 Uhr

Seltene Erden sind ein wichtiger Rohstoff (Bild: Wikimedia)

Japanische Forscher berichten im Wissenschaftsjournal Nature von der Entdeckung eines großen Vorkommens von Yttrium und seltenen Erden am Boden des Pazifiks. Die Zeiten des chinesischen Monopols sind zwar längst vorbei, der Marktanteil ist von einst über 90 Prozent auf unter 60 Prozent gesunken, aber es wird immer noch nach neuen Vorkommen gesucht. Die neue Lagerstätte soll angeblich den Weltbedarf an diesen Substanzen über Jahrhunderte decken können, wenn dieser stabil bleibt.

Seltene Erden werden vor allem im Bereich der erneuerbaren Energien und der Elektronik benötigt. Sie bilden die Grundlage für starke Permanentmagneten in Elektromotoren und Generatoren sowie in modernen Hochtemperatursupraleitern. Außerdem werden sie in vielen Bereichen gebraucht, in denen Licht erzeugt werden soll. Dort sind sie Bestandteil phosphoreszierender Materialien. Selten sind die Stoffe nicht, sie kommen aber selten in höheren Konzentrationen vor. Die Entdeckung neuer günstiger Vorkommen kann die Versorgung mit ihnen deutlich sicherer machen.

Die seltenen Erden befinden sich am Boden des Pazifischen Ozeans in einer Tiefe von fünf bis sechs Kilometern in der Nähe von Minami-Torishima - was "südliche Vogelinsel" bedeutet -, rund 2.000 Kilometer von der japanischen Inselkette entfernt. Der Ort liegt damit innerhalb der japanischen ausschließlichen Wirtschaftszone. Veröffentlichungen aus dem Jahr 2011 zeigen, dass eine intensive Suche nach solchen Vorkommen schon über längere Zeit läuft und dass sich seltene Erden in großen Teilen des Pazifiks finden. Ebenfalls 2011 kündigte China an, den Export dieser Rohstoffe einzuschränken.

Das Erz ist wenig radioaktiv

Die Schlammablagerungen am Meeresboden haben einen Anteil von 0,2 bis 0,5 Prozent an seltenen Erden. Im Vergleich zu anderen Erzen ist das eine recht niedrige Konzentration, aber die seltenen Erden sind im Schlamm vor allem in Form von größeren Partikeln über 20 Mikrometer enthalten. Die Konzentration im geförderten Schlamm kann durch einfaches Sieben oder Zentrifugieren fast verzehnfacht werden, womit sie derjenigen anderer Erze wie etwa in China entspricht. Das Verfahren soll auch die Menge des aus der Tiefe geförderten Schlamms reduzieren.

Der Schlamm vor Minami-Torishima hat die ungewöhnliche Eigenschaft, dass er noch relativ große Anteile der schwereren Elemente der seltenen Erden enthält, ohne dass dabei auch die radioaktiven Elemente Uran und Thorium stark angereichert wurden. Das ist oft nicht der Fall. Teilweise liegen die Anteile von Thorium und Uran im Erz bei mehreren Prozent, so dass die Erze selbst unter die Regulierungen zum Besitz von spaltfähigem Material fallen. Dabei macht die Radioaktivität schon bei kleineren Anteilen die Entsorgung der Überreste nach der Verarbeitung problematisch.

Seltene Erden sind chemisch sehr ähnlich

Der Grund dafür liegt in der Chemie. Die Elemente der seltenen Erden, die Lanthanoide, sind sich chemisch derart ähnlich, dass sie in der Natur fast immer zusammen auftreten. Es dauerte bis ins 20. Jahrhundert, bis alle ihre Bestandteile identifiziert wurden und mit chemischen Mitteln getrennt werden konnten. Die Reaktionen, mit denen es schließlich gelang, die einzelnen Elemente voneinander zu trennen, treten auch in der Natur auf.

Aber die Natur ist kein Reagenzglas mit kontrollierten Bedingungen und hochkonzentrierten Chemikalien. Und so laufen die sehr empfindlichen Reaktionen nur unvollständig ab. Deshalb wird bei diesen Erzen meist der Sammelbegriff seltene Erden benutzt, anstatt einzelne Elemente zu benennen. Thorium und Uran verhalten sich chemisch sehr ähnlich wie die seltenen Erden, auch wenn die Unterschiede etwas größer sind. Die chemischen Unterschiede reichen zwar aus, um je nach Lagerstätte eine unterschiedliche Zusammensetzung der seltenen Erden zu erzeugen. Aber letztlich sind die meisten dieser Erze mehr oder weniger stark radioaktiv.

Das in Nature veröffentlichte Paper macht also einen äußerst positiven Eindruck: Große Mengen seltener Erden, mit 16 Millionen Tonnen ein "beinahe unendlicher Vorrat", wie die japanischen Forscher schreiben, und hohe Konzentrationen, die leicht noch erhöht werden können. Das einzige Hindernis ist die große Tiefe des Vorrats. Nicht einmal erwähnt werden dabei aber die Belange des Umweltschutzes im Meer.