Was sind „Seltene Erden“?

Immer wieder hört man im Zusammenhang mit Elektroautos den Begriff „Seltene Erden“. Doch was genau sind seltene Erden überhaupt, und wofür werden sie tatsächlich verwendet?

Metalle der seltenen Erden

„Seltene Erden“ ist ein häufig gebrauchter Begriff im Zusammenhang mit Elektroautos. Aber was genau hat es damit auf sich? Zu den Metallen der seltenen Erden gehören 17 Elemente:

Oft wird die Abkürzung „Seltene Erden“ verwendet. Dieser Begriff ist allerdings ziemlich missverständlich. Denn so selten wie der Name glauben machen will, kommen diese Elemente auf der Erde tatsächlich gar nicht vor. Der aufmerksame Leser wird festgestellt haben, dass weder Kobalt noch Lithium in dieser Liste enthalten ist. Dazu später mehr.

Der Name „Seltene Erden“ geht noch aus der Zeit der Entdeckung der Elemente hervor. Er kommt daher, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und daraus in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden. Nur das kurzlebige radioaktive Element Promethium kommt wirklich selten vor. Cerium, Yttrium und Neodym sind beispielsweise viel häufiger in der Erdkruste aufzufinden als Arsen, Blei, Molybdän oder Kupfer. Und selbst das seltenste stabile Element der Metalle der seltenen Erden, Thulium, kommt noch häufiger vor als Platin oder Gold.

„Seltene Erden“ sind diese 17 Elemente aber aus anderen Gründen

Die Bezeichnung „selten“ ist so gesehen aber doch legitim, da größere Vorkommen von wirtschaftlich ausbeutbaren Mineralien wirklich selten sind. Die Elemente werden meist nur in kleineren Mengen und sehr vielen, ziemlich weit verstreut lagernden Mineralien oder nur als Beimischung in anderen Mineralien gefunden.

Abbau der Metalle der seltenen Erden

Bei der Gewinnung der seltenen Erden fallen giftige Abfälle an. Die Metalle der seltenen Erden werden mit Säuren aus den Bohrlöchern gewaschen, wobei der giftige Schlamm zurückbleibt. Dieser Schlamm wird in China – wegen fehlender Umweltauflagen – in künstlichen Teichen gelagert. Dies ist für das Grundwasser natürlich überhaupt nicht sicher. Außerdem besteht auch das Risiko, dass radioaktive Substanzen austreten können, welche in vielen Erzen der Seltenen Erden enthalten sind.

Seltene Erden in Elektroautobatterien bzw. Elektroautoakkus ?

Immer noch wird oft behauptet, dass in den Lithium-Ionen-Batterien der Elektroautos seltene Erden verwendet werden.

Dies ist schlicht und einfach falsch!

Lithium-Ionen-Akkus wurden anfangs entwickelt, um hauptsächlich tragbare Geräte mit einem hohen Energiebedarf zu versorgen. Diese sind um ein Vielfaches leichter als herkömmliche Akku-Batterien. Sämtliche Inhaltsstoffe wie Lithium, Kobalt, Kupfer, Aluminium und Silizium gehören nicht zu den seltenen Erden, bzw. Seltenerdmetallen.

Es ist also einfach nur Bashing, wenn behauptet wird, dass zur Batterieherstellung seltene Erden benötigt werden.

Seltene Erden in Elektromotoren

In einigen Elektromotoren kommen die beiden Metalle der seltenen Erden Neodym und Dysprosium vor. Sie haben magnetische Eigenschaften und werden als Magnete in den Elektromotoren von Elektrofahrzeugen verwendet. Hauptsächlich in permanenterregten Synchronmaschinen, wie das zum Beispiel im Hyundai Kona, Porsche Taycan oder VW e-Golf der Fall ist. Bei fremderregten Asynchronmotoren (unter anderem im Tesla Model S und X, Renault Zoë, Mercedes EQC, Audi e-tron quattro) werden keine Permanentmagneten und somit auch keine Metalle der seltenen Erden in den Elektromotoren verbaut.

Seltene Erden in Bauteilen von Verbrenner

Ja, in Verbrennern sind seltene Erden verbaut. Beispielsweise in den Zündkerzen, Katalysatoren, Autoscheiben und noch weiteren Bauteilen. Früher waren sie auch in den elektrischen Fensterhebern verwendet, was heutzutage aber durch andere Materialien ersetzt wird.

Wofür verwendet man Lithium und Kobalt?

Fälschlicherweise wird oft angenommen, dass die Metalle Lithium und Kobalt, die in den Akkus der Elektroautos verwendet werden, auch zu den seltenen Erden gehören. Das stimmt, wie am Anfang des Artikels bereits beschrieben, aber nicht. Diese beiden Rohstoffe kommen sogar sehr häufig vor. Im Vergleich zu anderen Metallen sind sie auch nicht giftiger. Umstritten ist jedoch die Gewinnung der Rohstoffe, jedoch kursieren auch in diesem Zusammenhang sehr viele Halbwahrheiten oder veraltete Annahmen.

Kobalt wird unter anderem nicht nur in Akkus, sondern auch in der Glas- und Porzellanherstellung verwendet. Aber auch in Katalysatoren, in der gehärteten Kurbelwelle von jedem Auto, in magnetischen Datenträgern von Videokassetten und in Tierfutter wird es gebraucht. Sogar bei der Entschwefelung von Benzin wird Kobalt als Katalysator eingesetzt.

In diesem Schaubild ist der Verbrauch von Lithium im Jahr 2019 zu sehen:

Der Lithiumverbrauch für Batterien hat in den letzten Jahren sehr stark zugenommen. Es gibt immer mehr Akkus auf dem wachsenden Markt für tragbare elektronische Geräte, in Elektrowerkzeugen, Elektrofahrzeugen und in Netzspeichern.

Wo werden seltene Erden verwendet?

Seltene Erden finden in vielen Bereichen der Industrie Verwendung. Bei der Herstellung von LCD/LED-Bildschirmen, Kopfhörern, Smartphones und Notebooks und LED-Lampen werden seltene Erden ebenso gebraucht, wie bei der Herstellung von Solaranlagen und im Windkraftanlagenbau.

Auch bei der Herstellung von sogenannten Permanentmagneten werden seltene Erden verwendet. Diese werden zum Beispiel in der Automobilindustrie benötigt, um die Kraftstoffeffizienz bei Verbrennungsmotoren zu erhöhen. Auch für die Hybrid-Technologie und die Katalysatoren sind seltene Erden notwendig.

Zündkerzen – Yttrium
Katalysator – Cer
Rußfilter – Lanthan

Entwicklung treibt Reduzierung der Kobaltmenge in Akkus voran

Die Akkuhersteller arbeiten auf Hochtouren daran, die Kobaltmenge in Elektroauto-Akkus aufgrund der hohen Kosten zu reduzieren. Es gibt schon einige Akku-Batterien, die sogar ganz ohne Kobalt auskommen. Da wird sich in den nächsten Jahren sicherlich noch einiges verändern, auch beim Recycling der Rohstoffe und dem Recycling von Elektroauto-Batterien.