Seltene Erden: Recycling soll schneller und umweltfreundlicher werden

Seltene Erden: Recycling soll schneller und umweltfreundlicher werden

von Malte Laub

Die Industrie will auch per Recycling an Seltene Erden - Forscher beschleunigen nun die Trennung der Metalle.

Sie stecken in unseren Smartphones, in Elektroautos und als kraftvolle Magneten sogar in vielen Windkraftanlagen: Seltene Erden sind Metalle, die für unsere technisierte Welt unverzichtbar sind.

Und auch wenn der Name etwas täuscht – einige Metalle Seltener Erden kommen in der Erdkruste häufiger vor als beispielsweise Blei – so sind sie doch nur unter großen Anstrengungen zu gewinnen. Die wertvollen Rohstoffe kommen bloß in sehr geringen Konzentrationen vor und müssen aufwändig aus den Mineralien gelöst werden, um sie zu verwenden.

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Trennung in Minuten statt WochenEin Forscherteam der Universität Pennsylvania um Eric J. Schelter, Assistenzprofessor am Institut für Chemie, hat nun den Grundstein dafür gelegt, die hohen finanziellen und ökologischen Kosten des Abbaus zu senken. „Es ist eine vielversprechende neue Quelle für Seltene Erden, das Material von Konsumenten zu recyceln“, schreiben die Wissenschaftler in ihrem Aufsatz in der internationalen Ausgabe der deutschen Fachzeitschrift Angewandte Chemie.

Die Idee ist nicht neu. Bereits heute werden die begehrten Rohstoffe aus Handys oder Antrieben wiederverwertet. Allerdings läuft der Recyclingprozess ähnlich ab wie die Neugewinnung aus Mineralien. Die Metalle Seltener Erden werden mittels einer sogenannten Flüssig-Flüssig-Extraktion getrennt und chemisch gefiltert. Um die nötigen Reinheitsgrade zu erreichen, muss der Prozess tausendfach auf Industrieniveau wiederholt werden, ein Prozess der Wochen dauert. „Um einen Anreiz dafür zu schaffen, zu recyceln, besteht ein klarer Bedarf nach einfachen Methoden, Salz-Mixturen verschiedener Metalle Seltener Erden voneinander zu trennen“, schreiben die Forscher.

Schelter hat mit seinen Kollegen nun einen solchen Weg vorgestellt. Wenn es nach ihnen geht, reichen in Zukunft fünf Minuten und gängiges Laborequipment, um zumindest die Metalle Neodym und Dysprosium voneinander zu trennen und aufzubereiten.

Die beiden Elemente werden besonders geschätzt, weil sie enorm magnetisch, dabei aber sehr klein sind. Die Forscher haben mit den zwei Elementen in Form eines gemischten Pulvers gearbeitet. Um sie voneinander zu trennen, haben sie einen sogenannten Ligand genutzt, ein Metall-bindendes Molekül.

Suche nach umweltverträglicheren LösungsmittelnVereinfacht gesprochen setzt sich das Molekül auf die Metallatome der beiden Elemente. Legand-Neodym-Komplexe schließen sich in der Folge zusammen, ihre Dysprosium-Gegenstücke hingegen nicht.

Außerdem ändert sich die Löslichkeit des Neodym-Komplexes durch den Prozess, so dass es mit Hilfe von Mitteln wie Benzol oder Toluol vom Dysprosium getrennt werden kann. Einmal separiert, beseitigt ein Säurebad den Liganden von beiden Metallen, so dass sie wiederverwertet werden können. Der Reinheitsgrad liege bei 95 Prozent, heißt es in dem Paper.

Schelter sieht Potenzial für seine Idee. Der neue Prozess mache teures Equipment für Flüssig-Flüssig-Extraktionen überflüssig und das Recycling der Metalle ökonomischer. Fertig sei man allerdings noch lange nicht: Das Team arbeite derzeit daran, seine Methode zu verbessern und in Zukunft umweltverträglichere Lösungsmittel einzusetzen. Auch die eingesetzten Mengen sollen reduziert und der Ligand optimiert werden.

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