Sondermetalle: Wer braucht schon Ruthenium?

3. September 2009 von Lars Fischer in Technik

Die Zeiten, zu denen die Technik mit Eisen, Kupfer, Aluminium und einer Handvoll anderer Metalle auskam, sind lange vorbei. Ein moderner Laptop enthält mit 60 Elementen buchstäblich das halbe Periodensystem, und den größten Teil davon nehmen Metalle ein. Neben Gold, Silber oder Kobalt auch so exotische wie Indium, Tellur oder Ruthenium, deren Bedeutung in der Technik rapide zunimmt.

Auf dem Wissenschaftsforum der GDCh begegnete man diesen Sondermetallen auf Schritt und Tritt. Nicht nur Katalyse und Mikroelektronik wäre ohne diese Stoffe kaum denkbar – ein Mobiltelefon enthält 24 Milligramm Gold und neun Milligramm Platin, und in jedem Akku stecken fast vier Gramm Kobalt – wegen ihrer besonderen Eigenschaften tauchen sie in immer mehr alltäglichen Anwendungen auf. Palladium zum Beispiel gehört zu den wichtigsten Katalysatormetallen, findet aber auch in Transistoren, Zahnersatz und chirurgischen Instrumenten Verwendung.

Die Nachfrage nach diesen High-Tech-Elementen steigt entsprechend steil an. Und bisher noch die Produktion. Doch je wichtiger die Sondermetalle für die Technik werden, desto verwundbarer sind Industrie und Gesellschaft für Rohstoffmangel. Das Problem sind nicht die schwindenden Reserven – die Lagerstätten enthalten nach wie vor Sondermetalle für die nächsten Jahrhunderte. Die Gefahr liegt vielmehr in der prekären Versorgungsstruktur.

Obwohl Elemente wie Selen, Palladium oder Tellur immens wertvoll sind, sind sie im Grunde nur Nebenprodukte bei der Förderung der so genannten Hauptmetalle. Indium ist an Zink oder Blei gekoppelt, Rhodium stammt genau wie Platin und Palladium aus Nickel-Kupfer-Erzen und so weiter. Diese Metalle eigenständig zu fördern lohnt sich praktisch nie, weil ihr Anteil in den Erzen verschwindend gering ist. Damit ist ihre Fördermenge effektiv von den Marktpreisen entkoppelt: Egal wie hoch der Preis für ein Sondermetall steigt, es gibt keinen Anreiz, mehr davon zu produzieren. Wenn ein Minenunternehmen die Förderung des Hauptmetalls erhöht, ohne dass dort eine entsprechende Nachfrage zugrunde liegt, sinkt dort der Preis stärker als durch das Sondermetall ausgeglichen werden kann.


Bild: Gabisch/Pixelio.de

Nachhaltiges Wirtschaften verschärft das Problem noch einmal erheblich. Denn nachhaltiges Wachstum bedeutet im Grunde genommen nichts anderes, als dass der Ressourcenverbrauch eben nicht mehr linear mit dem Wirtschaftswachstum steigt, sondern im Idealfall zurückgeht. Den Weg dorthin sollen leistungsfähigere Materialien und moderne Energietechnologien wie die Photovoltaik ebnen – alles Anwendungen, für die wir immer größere Mengen Sondermetalle brauchen werden. Nachhaltigkeit bedeutet aber auch, dass Metalle wie Kupfer, Nickel oder Zink immer effektiver recycelt werden. Durch das Recycling sinkt die Nachfrage nach frisch geförderten Erzen und die Umwelt freut sich. Nur: Weniger geförderte Hauptmetalle bedeuten auch weniger Sondermetalle.

Entsprechend zeigen die Preise für diese Rohstoffe bei allen wilden Ausschlägen vor allem eine Tendenz: Nach oben. Weitere Mechanismen wirken ebenfalls preistreibend. Die Ressourcenbasis verschlechtert sich kontinuierlich, denn zuerst werden die leicht zu erreichenden Vorräte abgebaut, und so arbeitet man sich nach und nach zu schwerer erreichbaren Erzen mit geringerem Metallanteil durch. Folgekosten von Umweltschäden belasten die Bilanz, und Klimaschädlich ist es sowieso: Pro Tonne Ruthenium, Palladium oder Gold entstehen mehrere tausend Tonnen Kohlendioxid.

Ausweg: Urban Mining
Estaunlich ist deswegen, wie leichtfertig diese Rohstoffe verschwendet werden. Bei der Entsorgung nämlich. Althandys und andere Elektronik landen in den allermeisten Fällen beim Backyard-Recycling in Afrika oder Asien, wenn sie nicht gleich in irgendwelchen Schubladen verschimmeln. Dadurch verschwenden wir immense Ressourcen, die wir eigentlich gut gebrauchen könnten. Mehr als ein Achtel der jährlichen Produktion von Palladium und Kobalt landet in Laptops und Handys – man muss es nur ernten. Mit jedem Preisschub am Markt wird der Elektronikschrott wertvoller. Allein in den neuen Mobiltelefonen eines Jahres stecken über vier Milliarden Dollar in Form verschiedener Metalle.

Prinzipiell kann man Elektronik und die darin enthaltenen Metalle aufwarbeiten und die enthaltenen Metalle zurückgewinnen. Die Schwierigkeiten bei der Umsetzung dieser als Urban Mining bezeichneten Strategie sind allerdings enorm. Anders als klassische Recycling-Materialien kann man diese Stoffe nicht einfach auf einem Haufen sammeln und wiederverwerten. Die in Alltagsgeräten enthaltenen Metalle sind meistens in Legierungen und Beschichtungen verbaut, und um sie zurückzugewinnen, müssen sie oft ähnlich aufwendig abgetrennt werden wie aus den ursprünglichen Erzen. Viele Elemente gerade in der Halbleitertechnik sind nur in Spuren enthalten und kaum wirtschaftlich abzutrennen. Einige Dotierungselemente sind schon aus thermodynamischen Gründen nicht mehr rein zu gewinnen. Doch gerade die nur im Spurenbereich enthaltenen Metalle machen den Großteil des Materialwertes aus.

Trotzdem lohnt sich der Versuch, Sondermetalle möglichst vollständig zu recyceln, nicht nur aus Umweltschutzgründen. Verglichen mit Werkstoffen wie Papier, Kunststoffe oder Glas haben Metalle auch einige Vorteile bei der Wiederverwertung. In der metallverarbeitenden Industrie existieren bereits die Techniken auch kleinste Konzentrationen abzutrennen und rein zu gewinnen. Die Ausbeuten dieser chemischen Verfahren sind oft sehr gut, und die Metalle können – abgesehen von Verlusten – beliebig oft wiederverwendet werden: Die Qualität des Produktes ist auch nach 1000 Recyclingschritten immer dieselbe.

Das größte Hindernis ist jedoch nach wie vor die Komplexität der Produkte. Wirklich effizient ist die Wiederverwertung erst dann, wenn eine komplette Recyclingkette für alle Bestandteile der Produkte existiert. Dazu muss man die Einzelteile trennen, ihre Inhaltsstoffe identifizieren und in teils sehr komplexen Prozessschritten separat aufarbeiten. Eine Anlage, die das leistet, ähnelt wahrscheinlich eher einer Raffinerie als einem normalen Entsorgungsbetrieb.

 


6 Kommentare zu “Sondermetalle: Wer braucht schon Ruthenium?”

  1. Lutz Antworten | Permalink

    Interessanter Artikel, der den Nagel auf den Kopf trifft. Zum einen ist mehr Bewusstsein der Menschen dafür nötig, dass ihr moderner Alltag mit Flachbildschirmen und erneuerbaren Energien auf dem Gestein unter ihre Füßen basiert (s. www.wir-sind-ueberall.de).
    Zum anderen sollte erheblich mehr Forschungsaufwand in das Recycling von Sondermetallen gesteckt werden. Indium ist nicht der einzige Kandidat, der in naher Zukunft entweder zu teuer oder nicht mehr vorhanden sein wird. Und damit würden z.B. auch die heutigen Flachbildschirme verschwinden.

  2. Lukas John Antworten | Permalink

    Vor diesem Hintergrund interessant ist die Tatsache dass bei der Kernspaltung unter anderem Rhodium, Ruthenium und Palladium entstehen, die theoretisch beim Wiederaufbereitungsprozess abgetrennt werden könnten.
    Da(zumindest bei Rhodium und Ruthenium)die möglichen Isotope relativ kurzlebig sind, wäre es sogar nach einigen Jahren Wartezeit möglich, die entstandenen Metalle zu nutzen.
    Wobei es wahrscheinlich wirtschaftlicher (und ökologischer) wäre, einfach mehr zu recyclen...

  3. Fischer Antworten | Permalink

    @ Lukas John

    Prinzipiell ist das möglich, allerdings ist der Aufwand relativ hoch. Ich habe jedenfalls meine Zweifel, dass dieses Verfahren jemals ökonomisch sein kann, schon wegen der Lagerungskosten.

    Das kann man ja nicht einfach irgendwo in nem Container liegen lassen, bis die Radioaktivität abgeklungen ist.

  4. Karl Bednarik Antworten | Permalink

    Andere Atomarten

    Die kurzlebigen Isotope von Rhodium und Ruthenium zerfallen zu anderen Atomarten.

  5. Fischer Antworten | Permalink

    @Bednarik

    Ja, aber die Kerne bleiben i.d.R. in der Sondermetallgruppe. Das bedeutet natürlich, dass man zweimal trennen muss.

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