Seltene Erden – Potenziale für Effizienz und Recycling

Sie tragen ungewöhnliche Namen: Yttrium, Dysprosium, Neodym und Lanthan. So selten wie ihre Bezeichnung ‚Seltene Erden‘ glauben machen will, sind sie gar nicht. Zudem kommen sie selten in gewinnbaren Konzentrationen vor. Auch deshalb stuft die Europäische Union sie als „kritische Metalle“ ein. Der Grund dafür: Sie seien besonders wichtig in ihrer Nutzung und vergleichsweise rar in ihrer Verfügbarkeit. Zum Einsatz kommen sie vielfach in Technologien, die für die Energiewende nötig sind sowie in anderen Zukunftstechnologien wie Hybridfahrzeugen, Windturbinen, Energiesparlampen und Katalysatoren.

Marktführer bei Seltenen Erden-Metallen ist zu über 95 Prozent China. Die rasante Technologieentwicklung in den letzten Jahren sowie die aktuellen chinesischen Exportrestriktionen hatten zu einem deutlichen Preisanstieg geführt. Zwar sind die Preise derzeit wieder gefallen, dennoch prognostizieren Experten Versorgungsengpässe in der Zukunft vor allem für die Elemente Dysprosium, Europium, Neodym, Praseodym und Terbium.

Sorgsamer Umgang und Rückgewinnung

Der direkte Ersatz der Seltenen Erden durch andere Stoffe ist vielfach nicht möglich. Stattdessen muss meistens auf andere Technologien ausgewichen werden. In einigen Anwendungsfeldern wie Windturbinen stehen Alternativen zur Verfügung, während für andere Sektoren, beispielsweise für Katalysatoren kurzfristig keine gleichwertigen Substitutionsmöglichkeiten verfügbar sind.

Um Engpässe zu umgehen, braucht es nach Ansicht des Öko-Instituts künftig ein nachhaltiges Ressourcenmanagement mit den vier Säulen: Effizienz – also der sorgfältige Umgang mit den Ressourcen, Substitution – das heißt der Ersatz kritischer Rohstoffe, nachhaltiger Bergbau sowie Recyclingstrategien, um die wertvollen Metalle zurückzugewinnen. Dem Aufbau einer europäischen Recyclingwirtschaft kommt nach Einschätzung der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Öko-Instituts eine besondere Bedeutung zu. Denn Europa gehört heute zu den weltweit größten Seltenen-Erden-Konsumenten. Mittelfristig werden deshalb bedeutende Mengen an Seltenen Erden in den zukünftigen Abfallströmen anfallen.

Die Experten und Expertinnen des Öko-Instituts arbeiten in vielen Projekten zu Fragen der Ressourceneffizienz und Recyclingpotenzialen bei Seltenen Erden und anderen wertvollen Metallen. Nachfolgend stellen wir Ihnen eine Reihe von Projekten vor.

Acht-Punkte-Plan für den Aufbau einer europäischen Recyclingkette für Seltenen Erden

Im Auftrag der Fraktion "Die Grünen/Europäische Freie Allianz" im europäischen Parlament, unter Federführung von Reinhard Bütikofer, stellte das Öko-Institut eine umfassende Recyclingstrategie zur Schonung der Rohstoffvorkommen vor. Damit ein europäisches Recyclingsystem für Seltene Erden erfolgreich eingeführt werden kann, brauche es, so die Expertinnen und Experten, zunächst Grundlagenforschung zur Raffination und Verarbeitung von Seltenen Erden in Europa. Mit einer umfassenden Stoffstromanalyse, könnten Datenlücken geschlossen und ein breiteres Wissen über die Seltenen Erden-Stoffströme in Europa gewonnen werden.

Im zweiten Schritt solle die Umsetzung erprobt werden: So könnten Pilotprodukte für das Recycling identifiziert werden. Ein Sammel- und Vorbehandlungssystem für diese Produkte muss aufgebaut und in bestehende Kreislaufwirtschaftsprozesse integriert werden. In Pilot-Recycling-Anlagen können komplexe Recyclingprozesse kennengelernt und getestet werden. Weitere Forschung sowie ein Europäisches Kompetenznetzwerks mit relevanten Akteuren von Recyclingunternehmen, Herstellern, Behörden und Vertretern von Politik und Wissenschaft könne die Umsetzung begleiten. Zudem müssten Finanzierungsrisiken für Recyclinganlagen für Seltene Erden begegnet und der rechtliche Rahmen – gerade auch auf europäischer Ebene – für das künftige Recyclingsystem identifiziert werden.

Seit 2011 hat die Politik auf Europäischer Ebene einige dieser Empfehlungen umgesetzt: so wurden die Netzwerke European Rare Earths Competency Network (ERECON) und European Rare Earth (Magnet) Recycling Network (EREAN) gegründet. In beiden sind Wissenschaftler des Öko-Instituts beteiligt – sowohl im Steering Committee als auch in verschiedenen Arbeitsgruppen.

Pressemitteilung „Seltene Erden – Wendepunkt bei Effizienz und Recycling in Sicht“ des Öko-Instituts 

Studie „Study on Rare Earths and Their Recycling“ des Öko-Instituts (in englischer Sprache)

Hingeschaut: Recycling-Potenzial bei Seltenen Erden in Elektromotoren

In einem aktuellen Projekt im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Potenziale für das Recycling von Seltenen Erden aus Permanentmagneten von modernen und hocheffizienten Elektromotoren abgeschätzt. So haben europäische Unternehmen im Jahr 2012 bis zu zwei Millionen Elektromotoren mit Permanentmagneten für industrielle Anwendungen hergestellt. Etwa die Hälfte davon wurde in Deutschland produziert. Davon wiederum wird etwa die Hälfte der Magnete, die etwa 30 Prozent Seltene Erden enthalten, hier im Land in Industrieanlagen eingesetzt, die andere Hälfte der Motoren entweder direkt oder als Teil von Maschinen und Anlagen ins Ausland exportiert.

Heute gibt es für diese in der Zukunft noch anwachsende Menge an Elektromotoren mit Permanentmagneten keine ausreichende Sammlung und Wiederverwertung ihrer wertvollen Bestandteile – so auch der Seltenen Erden. Noch landen die Dauermagnete nach spätestens 30 Jahren im Stahl- oder Kupferschrott oder werden gar über den Hausmüll entsorgt. Damit gehen der Industrie in Deutschland schon heute rund 35 bis 40 Tonnen Neodym-Eisen-Bor-Magnete verloren.

Grundlage für diese Abschätzungen war eine Befragung von mehreren hundert baden-württembergischen Industrieunternehmen. Der Schluss des Öko-Instituts: In den kommenden Jahren müssten tragfähige Recyclingkonzepte entwickelt werden, die Elektromotoren mit Permanentmagneten sammeln und einer gezielten Rückgewinnung zuführen. Prognosen für das Jahr 2030 zeigen dabei, dass dann rund 100 Tonnen Neodym-Magnete in Deutschland entsorgt werden müssen und dass bei solchen relevanten Mengen an Seltenen Erden die Infrastruktur für die Sammlung, Trennung und das Recycling für die Magnetschrotte stehen müsse.

Pressemitteilung „Recycling von Seltenen Erden in Elektromotoren verbessern“ des Öko-Instituts

Studie „Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg“ des Öko-Instituts

Umweltschäden durch unzureichende Vorkehrungen im Bergbau

Nicht zuletzt hat das Recycling eine hohe Bedeutung für die Umwelt, denn bei der Förderung und Weiterverarbeitung sind Umweltrisiken an der Tagesordnung: So fallen beim Abbau von Seltenen Erden im Bergbau sehr große Mengen an Rückständen an, die giftige Abfälle enthalten. Zugleich weisen die meisten Seltenen Erden-Lagerstätten Thorium und Uran auf, die Gefahren wie das Austreten von Radioaktivität in den Luft- oder Wasserpfad bergen und hohe Anforderungen an den Langzeiteinschluss von Abfällen stellen. Ohne entsprechende Gegenmaßnahmen führe der Abbau in den Lagerstätten zu hohen Umweltschäden und zu Erkrankungen von Arbeitern und Anwohnern.

Dies zeigt auch die Begutachtung einer neu errichteten Anlage zur Aufarbeitung Seltener-Erden-Metalle der Lynas Corporation in Malaysia durch Experten des Öko-Instituts. Diese hatte im Jahr 2013 ergeben, dass sowohl die Lagerung der zum Teil radioaktiven und giftigen Abfälle nur unzureichend gegen ein Versickern in Boden und Grundwasser gesichert ist und auch für die langfristige Abfallentsorgung unter akzeptablen Strahlenschutzbedingungen derzeit kein tragfähiges Konzept vorliegt. Solche und andere Beispiele zeigen, dass bei der Förderung von Seltenen Erden heute vielfach Altlasten mit gravierenden Umwelt- und Gesundheitsrisiken entstehen. Ohne ein langfristiges Abfallkonzept wird die Verantwortung für deren Beseitigung den nachfolgenden Generationen aufgebürdet.

Pressemitteilung „Seltene Erden-Aufbereitung in Malaysia ohne schlüssiges Abfallkonzept“

Studie “Description and critical environmental evaluation of the REE refining plant LAMP near Kuantan/Malaysia” des Öko-Instituts (nur in englischer Sprache verfügbar)

Nachhaltiger Bergbau und weitere Strategien

Nicht erst in der Aufbereitung der Seltenen Erden sondern bereits bei ihrer Förderung sollten Umweltauflagen nach Ansicht des Öko-Instituts Berücksichtigung finden. Wie Optionen für den nachhaltigen Bergbau insbesondere in außenpolitischen Kooperationen aussehen könnten, untersucht das Öko-Institut in einem aktuellen Projekt. In Zusammenarbeit mit Grönland und im Auftrag der Europäischen Kommission werden Umwelt- und soziale Fragen einer möglichen Rohstoffkooperation beantwortet.

Auch sollte grundsätzlich geprüft werden, ob kritische Rohstoffe wie die Seltenen Erden nicht gänzlich ersetzt werden können. In einem weiteren Projekt für das Umweltbundesamt, das 2014 gestartet ist, entwickelt das Öko-Institut mit Partnern eine Roadmap zur Substitution (also dem Ersatz) kritischer Rohstoffe in Umwelttechnologien. Diese soll gangbare Wege aufzeigen, damit solche Technologien auch künftig ausgebaut bzw. gesichert werden können, dabei aber Alternativrohstoffe zum Einsatz kommen. Die abgeleiteten politischen Empfehlungen dienen schließlich der Weiterentwicklung der nationalen Rohstoffstrategie und des deutschen Ressourceneffizienzprogramms.