Nachhaltige Technologien nachhaltiger machen – Alumna Debby Schmidt über seltene Erden und die Chancen des Bioleaching

Debby Schmidt
Feldarbeit in Schweden, Exkursion 2016
Foto : Sandra Scholz
Debby Schmidt, Preisträgerin des Better World Award UP 2022
Foto : Debby Schmidt
Feldarbeit in Schweden, Exkursion 2016

Ob für Smartphones oder Elektroautos – modernste Technologien sind oft auf einen raren Rohstoff angewiesen: Seltene Erden. Gerade erst wurde in Schweden das größte Vorkommen dieser Metalle in Europa entdeckt. Ein wirtschaftlich wichtiger Fund, schließlich besitzt China eine Monopolstellung bei der Gewinnung Seltener Erden. Doch deren Extraktion aus dem Muttergestein erfolgt bislang in aufwendigen Verfahren, die aufgrund hoher Temperaturen und der Verwendung großer Mengen an konzentrierten anorganischen Säuren stark umweltschädigend sind. Auch die anschließende Separation der einzelnen Elemente verschlingt viel Energie. Debby Schmidt interessiert sich für eine ökologisch nachhaltige Gewinnung von Seltenen Erden: In ihrer Masterarbeit beschäftigte sie sich mit dem Bioleaching – einer nachhaltigen Alternative zu den gegenwärtig kritischen Extraktionsverfahren. Dafür wurde die Absolventin des Masterstudiengangs Geowissenschaften mit dem Better World Award UP 2022 ausgezeichnet. Marc Bertel sprach mit ihr über die Vorteile des Bioleachings und den Abbau Seltener Erden in Europa.

In einfachen Worten: Was ist Bioleaching? Und was sind Seltene Erden?

Bioleaching bezeichnet im Groben und Ganzen eine gezielte Extraktion von bestimmten Elementen, meistens Metallen, mithilfe von Mikroorganismen oder deren Stoffwechselprodukten, etwa organischen Säuren, aus Gestein oder recycelten Materialien. Der Begriff „Seltene Erden“ bezeichnet eine Gruppe von Metallen, die wir für viele moderne Technologien wie Starkmagnete in Windkrafträdern, Energiesparlampen oder für Katalysatoren von Elektroautos brauchen.

Wie werden diese Rohstoffe bislang abgebaut? Und warum ist dies so energieaufwendig und umweltschädlich?

Die Zerstörung von natürlichen Habitaten, illegale Gewinnung und soziale Probleme durch schwache Regulierung zählen generell zu den Problemen beim Rohstoffabbau. Die Seltenen Erden bringen noch ein paar mehr Hürden mit sich. Diese Elemente kommen in der Natur nie separat, sondern immer als Gruppe und als Bestandteil von anderen Mineralien vor – oftmals auch zusammen mit radioaktiven Elemente. Schon allein das gestaltet einen umweltverträglichen Abbau schwierig. Um dann an die Seltenen Erden zu gelangen, werden die Gesteine unter hohem Energieaufwand gemahlen, und die Metalle unter sehr hohen Temperaturen und mittels verschiedener anorganischen Säuren herausgelöst. Anschließend müssen die verschiedenen Elemente voneinander getrennt werden, auch das ist ein schwieriger und chemisch intensiver Schritt. Ein übergeordnetes Problem ist, dass China mit über 90 Prozent des Abbaus und der Verarbeitung eine Monopolstellung besitzt. Daher ist es schwierig, ökologische Standards zu etablieren oder zu kontrollieren.

Warum besitzt China dieses Monopol und bietet das Bioleaching die Möglichkeit, dem entgegenzuwirken? Wo würde sich die Gewinnung geografisch anbieten?

Seltene Erden sind nicht so selten, wie der Name vermuten lässt. Rein geologisch gesehen besteht da kein Mangel. Es gibt nennenswerte, aktive Minen in den USA und in Australien, aber auch Vorkommnisse in Europa, auf die man sich stützen kann. Das heißt, wir könnten prinzipiell auch hier anfangen, mit herkömmlichen Methoden zu produzieren. Die Industrie in China ist jedoch bereits weit fortgeschritten, wohingegen es in Europa quasi kaum Infrastruktur gibt. Der Import von Seltenen Erden ist dementsprechend kostengünstiger und für die westlichen Länder war der Eigenabbau daher bislang nicht profitabel. Lange gab es dafür kein richtiges Bewusstsein, bis die Weltmarktpreise in Folge eines Wirtschaftsstreites mit China deutlich höher wurden. Es gibt also mittlerweile einen ökonomischen Anreiz, aber natürlich hat das Ganze auch eine politische Komponente. Die noch fehlende Infrastruktur in Europa ist aber auch eine große Chance. Wenn es konkrete Bestrebungen zum Aufbau einer Selten-Erd-Industrie in Europa gibt, wie es zum Beispiel für das kürzlich entdeckte Vorkommen in Schweden angekündigt wurde, bietet das auch die Möglichkeit gezielt alternative und nachhaltigere Technologien zur Extraktion und Verarbeitung zu entwickeln und zu fördern, statt sich nur auf herkömmliche Verfahren zu stützen.

Es gibt also in Europa ein Bewusstsein für den alternativen Abbau etwa mithilfe von Bioleaching?

Genau, es besteht vor allem ökonomisch als auch politisch mittlerweile ein großes Interesse an Seltenen Erden, gleichzeitig aber auch ein gesteigertes ökologisches Bewusstsein, vor allem natürlich auch medial. Europaweit gibt es vielfältige Projekte, die alternative Abbaumöglichkeiten und Rohstoffquellen erforschen. Momentan sind wir noch am Anfang. Aber umso konkreter die wirtschaftlichen und politischen Interessen werden, desto mehr Möglichkeiten bieten sich auch für die Entwicklung dieser Technologien.

Was ist denn der große Vorteil des Bioleachings gegenüber den herkömmlichen Prozessen?

Biologische Verfahren verbrauchen deutlich weniger Energie und sind dadurch generell umweltschonender – und in der Anwendung letztendlich auch kostengünstig. Die Prozesse sind vor allem attraktiv beim Abbau von geringhaltigeren Erzen, also jenen Materialen, die man mit herkömmlichen Methoden oftmals nicht abbauen würde, da die Energiekosten zu hoch wären. In der Kupfergewinnung hat sich Bioleaching zum Beispiel ursprünglich als Seitentechnologie etabliert, um Resterze noch weiter zu nutzen. Das ist wesentlich effizienter, da weniger verschwendet wird. Mittlerweile ist es hier ein wichtiger Industriezweig. Für die Gewinnung von Seltenen Erden könnte sich ein ähnlicher Ansatz anbieten.  Auch kann man die Stoffe aus Flüssigkeiten entnehmen, was zusätzlich weniger Energie beansprucht.

Nutzungseffizienz ist also ein wichtiger Punkt. Sie sagten bei Listen.UP, dem Transfer-Podcast der Uni Potsdam, dass das Recycling von Produkten mit Seltenen Erden ebenfalls ein Problem darstellt. Weshalb ist dies so und welche Möglichkeiten gibt es, um diese Bilanz von unter 1 Prozent zu verbessern?

Bei den Seltenen Erden ist es wie bei allen anderen Metallen in modernen Technologien. Es ist nicht so einfach, durch herkömmliche Verfahren die vielen verschiedenen Rohstoffe zu trennen und wieder nutzbar zu machen. Wenig ist standardisiert und es gibt viele unterschiedliche, zumeist unbekannte Zusammensetzungen und Nebenprodukte. Das bedeutet, mögliche Extraktionsverfahren müssen je nach Marke und Produkt immer wieder angepasst werden. Das ist schwierig und nicht unbedingt lukrativ. Es gibt aber gezielte Forschung, auch hier in Deutschland, biologische Recyclingverfahren für Seltenen Erden zu entwickeln, etwa aus Energiesparlampen. Es wird gefördert, geforscht und probiert – das ist das Wichtige.

Auf dem Markt sind immer mehr Produkte zu finden, die als nachhaltig gelabelt werden, wie etwa Elektroautos. Verdienen solche neueren Technologien denn überhaupt dieses Prädikat, wenn der Abbau der dafür nötigen Ressourcen so umweltschädigend ist?

Diese Technologien helfen uns jetzt sofort und wir benötigen sie auch zeitnah. Sie sind gegenwärtig die nachhaltigsten Optionen. Gerade deshalb müssen wir aber meiner Meinung nach darauf achten, dass wir, wo immer möglich, Alternativen für die Gewinnung der benötigten Rohstoffe, und auch Recyclingstrategien finden und fördern. Dann sind diese nachhaltigen Technologien auch tatsächlich langfristig nachhaltig.

Wie kamen Sie dazu, zum Abbau Seltener Erden zu forschen und setzen Sie diese Arbeit fort?

Ich bin von Haus aus Geowissenschaftlerin, da beschäftigt man sich generell in Kursen auch hin und wieder mit Lagerstätten und Rohstoffabbau. Ohne dass ich mich zuvor groß für Biologie oder Chemie interessiert hätte, stieß ich in einem Seminar eher zufällig auf das Prinzip des Bioleaching. Dieses Thema hat seit jeher den Verlauf meines Studiums geprägt und meine Interessen verschoben hin zu den vielfältigen Möglichkeiten, die uns das Zusammenspiel zwischen Geo- und Biologie bietet. Und wenn alles läuft wie geplant, werde ich alsbald im Rahmen einer Doktorandenstelle auch weiter an alternativen Abbaumethoden mithilfe von Mikroorganismen forschen können.

Die Fragen stellte Marc Bertel, der Philosophie und Germanistik an der Universität Potsdam studiert.