«Technology Briefing» über knapp werdende Rohstoffe
Keine Zukunft ohne seltene Metalle
Nicht nur in Laptops, Handys und LED-Bildschirmen schlummern seltene Metalle, sondern auch in Solarzellen, Batterien für E-Mobile und vielem mehr. Die wachsende Nachfrage erhöht das Risiko eines Versorgungsengpasses.
Am «Technology Briefing» erläuterten Empa-Forscher und Industrievertreter, weshalb seltene Metalle für viele Schlüsseltechnologien wesentlich sind und wie sich eine Verknappung vermeiden lässt. Quelle: iStock | ||||
«Es gibt keine Zukunft ohne seltene Metalle!» Mit dieser klaren Ansage begrüsste Empa-Direktionsmitglied Peter Hofer die Gäste des Technology Briefing «Seltene Metalle» an der Empa-Akademie. So bringen seltene Metalle etwa eingebaut in Batterien und Motoren Elektrofahrzeuge ins Rollen oder sorgen in Autokatalysatoren für die Reinigung von Abgasen. Hofer: «Um Lösungen für unseren immer höheren Mobilitätsbedarf und die daraus erwachsenden Probleme zu finden, sind Materialien mit speziellen Eigenschaften unerlässlich.» Aus seltenen Erden, die wie die Rohstoffe Gallium, Indium, Kobalt und wie Platinmetalle zu den seltenen Metallen gerechnet werden, lassen sich beispielsweise in Verbindungen mit Eisen und Bor stärkste Magnete für Windturbinen anfertigen. Und für Kondensatoren auf Handy-Leiterplatinen wird in der Mikroelektronik gerne auf Tantal zurückgegriffen, da dieses Übergangsmetall elektrische Energie auch als winzig kleines Bauteil in hohen Kapazitäten speichern und freisetzen kann. Die Nachfrage ist gross: Mehr als 60 Prozent des abgebauten Tantals fliessen in diesen Anwendungsbereich. | ||||
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| Ein Handy besteht aus mehr als einem Dutzend seltenen Metallen. Infografik als PDF-File mit Erläuterungen | |||
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Die dunkle Seite
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| Erfahren Sie mehr über seltene Metalle von den Empa-Experten auf YouTubes EmpaChannel | |||
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«Auch Schweizer Unternehmen müssen sich damit auseinandersetzen, wie sie Abhängigkeiten reduzieren und möglichen Lieferengpässen begegnen können», bemerkte Jean-Philippe Kohl, Leiter Wirtschaftspolitik von Swissmem. Eine kürzlich erfolgte Umfrage bei den Verbandsmitgliedern der Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie habe gezeigt, dass sämtliche Unternehmen mindestens einen der kritischen Rohstoffe verwenden. Um sich vor Versorgungsengpässen zu schützen, schliessen viele Unternehmen langfristige Lieferverträge ab oder sie kooperieren mit Forschungsinstitutionen, um Ersatzrohstoffe oder alternative Technologien zu entwickeln oder bestehende Prozesse zu optimieren. ¨ Alternativen aus der Forschung | ||||
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| An der Empa entwickelte flexible CIGS-Polymersolarzellen, die einen neuen Effizienzrekordwert erreicht haben. | |||
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Ebenfalls um weniger seltene Metalle einzusetzen, entwickelte die Abteilung «Verbrennungsmotoren» einen äusserst effizienten und kostengünstigen Schaumkatalysator. Durch die Formänderung des keramischen Substrats können im Vergleich zu herkömmlichen Katalysatoren die Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium eingespart werden. Gemeinsam mit der Abteilung «Festkörperchemie und Katalyse» forschen die «Verbrennungsmotoren» nun an regenerativen Abgaskatalysatoren, die anstatt auf seltenen Metallen auf Perowskiten beruhen multifunktionalen Metalloxiden, die aufgrund ihrer speziellen Kristallstruktur in der Lage sind, Wärme direkt in elektrische Energie umzuwandeln.
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Doch die Rückgewinnung ist alles andere als einfach. «Die seltenen Metalle sind nicht einfach mit Schraubenzieher und Hammer aus den Geräten rauszuholen. Die Rückgewinnung ist mindestens so komplex wie das Design bei der Entwicklung der Geräte», brachte es der Recycling-Experte Christian Hagelüken von Umicore, eine der grössten Recyclingfirmen zur Gewinnung von Edelmetallen aus komplexen Materialien, auf den Punkt. Ein Grossteil der seltenen Metalle sei nur in Legierungen vorhanden oder würde dünnflächig verwendet. Um diese herauszulösen, brauche es sehr komplizierte Rückgewinnungsverfahren. | ||||
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| Kupfer wird in Indien mancherorts mit blossen Händen von Leiterplatten gekratzt. Die Empa engagiert sich seit Jahren in der Förderung einer umweltverträglichen und Ressourcen schonenden Beseitigung von Elektroschrott in Schwellenländern. | |||
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Doch geeignete Rückgewinnungsverfahren allein reichen nicht aus, um höhere Recyclingraten zu erzielen. Wichtig, so die Experten, sei es, die ganze Recyclingkette im Auge zu behalten, von der Sammlung über die Zerlegung und Sortierung bis zur eigentlichen Rückgewinnung. Denn es nütze alles nichts wenn, wie in einigen Ländern der Fall, ausgediente Computer und andere Elektronikgeräte in Entwicklungs- und Schwellenländer exportiert werden, wo durch unsachgemässes Verarbeiten der Geräte die seltenen Metalle verloren gehen und Gefahren für Umwelt und Gesundheit entstehen. Oder seltene Metalle bei einer heute in der Schweiz üblichen, meist mechanischen Zerlegung der Geräte in Gemische gelangten, aus denen sie nicht zurückgewonnen werden können. | ||||
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