Seltene Erden und High-Tech Metalle, eine Einführung

Seltene Erden und High-Tech Metalle, eine Einführung
“China wird die OPEC der seltenen Erden“
Deng Xiaoping 1992
Die Vielfalt der seltenen Erden
Die wichtigsten Seltenen Erden (nachfolgend fett gedruckt) und High-Tech-Metalle (normal gedruckt)
und ihre Nutzungsformen sind die folgenden:
Cerium: Glaspolitur, Katalysatoren, Strahlenschutz
Coltan: Erz, aus dem Tantal gewonnen wird, Handybau
Dysprosium: Brennstäbe für Nuklearreaktoren, gemeinsam mit Neodym für Magnete, Katalysator:
Erbium: Infrarotabsorbierende Gläser
Europium: Brennstäbe für Nuklearreaktoren, Farbfernseher, Laser
Gadolinium: Laser, Speicherchips, bessere Hochtemperaturcharakteristika von Legierungen
Gallium: Dünnschicht Fotovoltaik, Leuchtdioden, integrierte Schaltkreise
Germanium: Glasfaserkabel, Infrarotoptik, Hochfrequenztechnik, Solarzellen
Holmium: Brennstäbe für Nuklearreaktoren, Katalysator, Hochleistungsmagnete, Medizintechnik
Indium: leitende Schicht Flachbildschirmen (reicht noch 6 Jahre)*, Dünnschichtphotovoltaik
Kobalt: Li-Ion Akkus, Stähle, Superlegierungen
Lanthan: Katalysatoren, Akkus (aktueller Bedarf für Elektroautos: 10-15kg + 1kg Neodym)
Lutetium: Rostschutz bei Stahl, Akkus, Superleiter, Nukleartechnologie
Molybdän: Mammografen
Neodym: Magnete Elektroautos, Stahllegierungen, Lasertechnik (1kg pro Auto)
Niob: Brennstoffzellen, Meerwasserentsalzung, Hochtemperatursupraleiter, Legierungszusatz für
rostfreie Stähle (Automobilindustrie), mit Tantal eng verwandt
Palladium: Katalysator für chem. Reaktionen
Praseodym: Permanentmagnete, Leuchtstoffe
Promethium: Permanentmagnete
Samarium: Magnete, Laser, Nukleartechnologie
Scandium: Röntgen, Nickel-Chrom Legierungen
Selen: Photovoltaik
Tantal: Mikrokondensatoren (Mobiltelefone, Digitalkameras), Medizintechnik
Terbium: Magnete, optische Speicher
Thulium: Mobile Röntgengeräte
Yttrium: Heizdrähte in Massenspektrometer, Lasertechnik, Akkus, Superleiter
Ytterbium: Laser
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Die wichtigsten Einsatzmöglichkeiten
Seltene Erden (SE) gewinnen in vielen Schlüsseltechnologien unter anderem in den Bereichen
Energie, Rüstung und Unterhaltungselektronik seit Jahren stark an Bedeutung. Von großem Interesse
ist dabei der Bereich der „Green Technology" – umweltfreundlicher neuer Technologien; nicht nur, um
dem Klimawandel und der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu begegnen, sondern auch als
neue Wachstumschance. Aber auch die Versorgungssicherheit bei militärischen Technologien wie
Smart-Bombs, Cruise-Missiles oder geräuscharmen Rotorblättern rückt das Thema vor allem in den
USA mehr und mehr in den Mittelpunkt.
Die mittlerweile größte Anwendung von Seltenen Erden liegt in der Produktion von permanenten
Magneten (21,5%). Permanente Magnete aus Samarium-Kobalt werden in der Industrie, beim Militär
und in der Raumfahrt eingesetzt. Weniger teure Neodym-Eisen-Bor-Magnete werden bei Startern von
Autos und Zusatzmotoren, bei medizinischen Magnetresonanz-Geräten, industriellen Motoren, CDPlayern und Stereoanlagen verwendet.
Magnetische Kühlung könnte den Kühlschrank- und Klimaanlagenmarkt grundlegend verändern.
Eine 3-Megawatt Windturbine der neuesten Generation benötigt 2.000 kg SE, davon 600 kg Neodym.
Bisher wird diese Technologie nur bei 20% der Windturbinen eingesetzt, Studien zeigen aber einen
deutlichen Anstieg. Elektromagnete mit SE sind nicht nur leistungsfähiger und kleiner als
herkömmliche Magnete, sondern auch um 50% leichter.
Seltenen Erden werden auch als Katalysatoren eingesetzt (18,5% der Gesamtproduktion),
hauptsächlich in der Raffinierung von Rohöl. Sie sind auch bei katalytischen Konvertern von Autos
enthalten, wo sie unter anderem die Oxidation von Schadstoffen verbessern.
Weitere 18% aller abgebauten SE werden in der Metallurgie eingesetzt, etwa als Legierung bei Stahl.
Etwa 22% der SE werden in der Glas- und Keramikindustrie als Glaspolierer, Entfärber, UVAbsorbierer und in optischen Linsen und Gläsern verwendet.
Rasch zunehmende Bedeutung kommt den Seltenen Erden in Batterien zu. Mischmetall (eine
Mischung aus Seltenen Erden) ist ein Bestandteil von Nickel-Hydridbatterien, welche Nickel-KadmiumBatterien bei der Stromversorgung von tragbaren elektronischen Geräten wie beispielsweise Laptops
und Handys nach und nach ersetzen.
Weitere industrielle Anwendungen beinhalten: Phosphore in Farbfernsehern und fluoreszierenden
Lampen und Sauerstoffsensoren. Außerdem werden Seltene Erden in der Atomindustrie zum Beispiel
in Kontrollstäben verwendet.
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Dem breiten Bedarf steht derzeit ein faktisches Produktionsmonopol Chinas gegenüber:
Andere Produzenten sind derzeit kaum von Bedeutung:
Es gibt daher sehr viele aktuelle Produkte und Produktionsprozesse, bei denen SE eingesetzt werden.
Zu den betroffenen Technologien zählen Brennstoffzellen (Platin, Scandium), Hybrid- und
Elektrofahrzeuge (Toyota Prius 1 kg Neodym, ein Mercedes S400 0,5 kg), Elektrooptik (Gallium,
Germanium, Indium), Dünnschichtphotovoltaik (Gallium, Indium, Tellur) und Mikroelektronik (Gallium,
Tantal).
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Insbesondere in Technologiebereichen wie der Optoelektronik, Lasertechnik, Photovoltaik oder
Brennstoffzellen wird von einer rapide steigenden Nachfrage nach seltenen Erden und seltenen
Metallen ausgegangen, wie die nachfolgende Tabelle zeigt. Vor allem in zukunftsträchtigen
Produkten, so unter anderem Hybrid- oder Elektroautos, Batterien sowie organische Solarzellen,
werden Branchenkennern zufolge Metalle wie Lithium, Kobalt und Neodym vermehrt nachgefragt
werden.
Teilweise konkurrieren mehrere Zukunftstechnologien um den gleichen Rohstoff, beispielsweise die
Displayindustrie und Photovoltaik um Indium.
Regionale Verteilung der Vorkommen einerseits – der Nachfrage andererseits
Von 1950 bis 1980 waren die USA der wichtigste SE Produzent. Aber bereits im 1960 erkannte China
die strategische Bedeutung von SE und von 1978 an bis 1989 wuchs die jährliche Fördermenge in
China um bis zu 40%.
Durch kaum vorhandene Umweltauflagen, staatliche Hilfe und wegen der geringen Lohnkosten konnte
China wesentlich billiger produzieren als der Rest der Welt. Durch das steigende Angebot sanken die
Preise und viele SE-Minen außerhalb Chinas mussten wegen Unwirtschaftlichkeit geschlossen
werden – eine von China durchaus gewollte Entwicklung.
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Mountain Pass, die wichtigste SE-Mine der USA in Kalifornien wurde 2002 geschlossen.
Nach Schätzungen könnte es bis zu 15 Jahre dauern, bis die USA wieder eine nennenswerte
Eigenproduktion an SE haben werden, auch wenn nun die Thematik der SE-Versorgungssicherheit zu
einem wichtigen strategischen Thema der USA wurde und dadurch eine gewisse Beschleunigung
möglich ist.
China produziert derzeit 97% der weltweit abgebauten SE, und kann in zwei Zonen (Nord und Süd)
unterteilt werden, die Baotou Region in der inneren Mongolei im Norden, mit der größten Kapazität
(zwischen 50 und 80.000t/Jahr) und in die südlichen Provinzen (45- 60.000t/Jahr), wo die wertvolleren
SE gewonnen werden. Eine Tochter der Baotou Steel Rare Earth Company arbeitet an einem
strategischen Plan mit dem Ziel, die Region zu einem Abbaugebiet für SE in Weltformat zu machen.
Der Sektor der Hersteller von SE in China ist allerdings stark zersplittert. Neue Lizenzen zum Abbau
von SE sollen in China erst wieder 2011 vergeben werden. Staatlichen Medien zu Folge will die
Regierung zukünftig nur ausgesuchten staatlichen Firmen den Abbau erlauben. Im Übrigen findet
derzeit die Produktion unter rückständigen technologischen Bedingungen statt und ist häufig sehr
umweltschädlich.
Im Juli 2010 kürzte China die Exportquote für SE um 72%. Diese Maßnahme hat zum Ziel einerseits
den steigenden Binnenbedarf zu decken und andererseits den illegalen Abbau, Schmuggel (laut
Studien stammen z.B. bis zu 20% des japanischen Bedarfs aus geschmuggelten SE. 20.000t SE
verlassen China über den Schwarzmarkt) und die verheerende Umweltzerstörung durch den Abbau zu
begrenzen. Aber auch langfristige Ziele wie die vermehrte Wertschöpfung innerhalb Chinas (warum
SE exportieren, wenn man Windturbinen und Elektroautos verkaufen kann) und das dadurch forcierte
Ansiedeln von westlichen Unternehmen, oder der Kauf und damit der Know-How-Transfer von
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Unternehmen, die durch die Abwanderung der SE-Produktion im Westen nicht mehr profitabel waren,
als Langzeitstrategie spielen dabei eine Rolle.
Aber auch der versuchte Kauf von Abbaugebieten außerhalb Chinas gehört zur chinesischen
Strategie. Doch scheiterte allerdings der chinesische Versuch Unocal (damaliger Besitzer von
Mountain Pass) zu kaufen am amerikanischen Senat. Auch als Moutain Pass von Chevron gekauft
wurde, versuchte China erfolglos die Schürfrechte von Chevron zu erhalten. Auch Mount Weld in
Australien war Ziel der Chinesen. Der Versuch, 51% der Aktien von Molycorp zu kaufen wurde ebenso
wie eine Übernahme von 51% von Lynas durch die staatseigene China Nonferrous Metal Mining Corp
vom australischen Foreign Investment Review Board blockiert.
Chinas Politik im Zusammenhang mit SE erklärt sich auch dadurch, dass sich die Inlandsnachfrage
schnell der nicht sehr nachhaltigen Produktion annähert. Seit 2004 steigt die Nachfrage rapide und
erreichte 2007 70.000t (2010 könnte laut Schätzungen die Produktion gerade einmal die
Binnennachfrage decken).
2009 war China der Top-Investor in saubere Energie-Technologie mit über 34 Mrd. $. Seit 2006
verdoppelte sich jedes Jahr die Anzahl an Windturbinenkapazität. Heute gehört China zu den größten
Turbinenproduzenten. Auch von daher ist der erwartete Bedarf an SE enorm.
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Größter Abnehmer chinesischer SE-Produkte ist derzeit mit Abstand Japan, das gleichzeitig weltweit
Hauptimporteur dieser Erzeugnisse ist. Allein 91 Prozent der chinesischen Ausfuhren von SE gingen
2008 nach Tokio, und bei SE-Verbindungen waren es immerhin noch 58 Prozent.
Die Sorge Japans um potentielle Engpässe bei den Rohstoffen ist verständlich, da der Inselstaat nicht
nur von einem Land abhängig sein möchte, zumal Beijing unterstellt wird, es setze SE und SEErzeugnisse als ökonomisches Druckmittel ein, um sich im Wettbewerb einen Vorsprung zu sichern.
Und wie geht es weiter?
Obwohl von den vorhandenen Mengen her kaum mit Lieferengpässen zu rechnen ist, ist nicht
auszuschließen, dass sich China die Rolle eines monopolistischen Anbieters sichern will. China
arbeitet bereits heute mit Exportkontigenten und will ein einheitliches Preissystem für SE in fünf
Provinzen einführen. Dadurch würden die Preise steigen und so die chinesischen Produzenten noch
mehr an Einfluss gewinnen. China hat die strategische Bedeutung von SE viel früher erkannt als
westliche Industriestaaten und will sich auf diesem Gebiet eine dominierende Rolle sichern. Die East
China Exploration hält z.B. 25% an Arafura (Arafura und Lynas besitzen die 2 größten SE Vorkommen
Australiens).
China ist im Übrigen dazu übergegangen für SE Exportkontingente vorzusehen. Außerdem hebt
China einen Ausfuhrzoll von 25% auf SE ein, der ab 2011 weiter erhöht werden wird. Obwohl daher
nach den oben zitierten Schätzungen die insgesamt vorhandenen Vorräte auf absehbare Zeit selbst
für den stark steigenden Weltbedarf ausreichen sollten, könnte eine chinesische Kombination von
Exportzöllen und Ausfuhrbeschränkungen zu Engpässen führen.
Mittelfristig ist allerdings mit einer massiven Ausweitung der weltweiten Produktion an SE zu rechen.
Nur bei wenigen SE ist davon auszugehen, dass es auch noch in den kommenden zwei Jahrzehnten
zu Lieferengpässen kommen könnte. So die Ergebnisse einer Analyse des jüngst publizierten
Forschungsberichts "Rohstoffe für Zukunftstechnologien" des Instituts für Zukunftsstudien und
Technologiebewertung (IZT).
Die IZT-Studie, die den Bedarf von mehreren Dutzend SEM und anderen seltenen Metallen bis 2030
analysiert, kommt nur bei sieben Produkten zu dem Ergebnis, dass 2030 die Nachfrage über der
Welterzeugung des Jahres 2006 liegen wird.
Insbesondere Gallium, das kein SEM ist, sondern zur Gruppe "Andere Unedle Metalle" gehört, wird,
so die Experten, im Jahr 2030 mehr als sechsmal stärker nachgefragt sein als 2006. Auch das
Seltenerdmetall Neodym und das Nicht-SE Indium liegen mit Faktoren von 3,82 beziehungsweise 3,29
weit über dem Basiswert aus dem Jahr 2006.
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Der auf Rohstoffe spezialisierte Marktforscher Roskill in London rechnet für 2012 mit einem Verbrauch
von 185 000t (heute 115000t). Der Markt hat sich von 1997 auf 2007 verzwanzigfacht.
Es bleibt dennoch anzunehmen, dass sich die Weltproduktion dieser Nachfrage bis 2030 anpassen
kann, zumal in rohstoffreichen Ländern wie Australien oder Russland bislang unbekannte Lagerstätten
vermutet werden.
Derzeit gibt es folgende Projekte außerhalb Chinas:
Mountain Pass, (USA, Molycorp Minerals): Molycorp hat die Produktion mit Lagerbeständen anlaufen
lassen und plant 2012 18000t zu fördern.
Hoidas Lake (Kanada, Great Western Minerals Group): Start des Abbaus nach 2014 mit einer
geplanten Fördermenge von 3000-5000t.
Nechalacho (Kanada, Avalon Ventures Inc): Frühe Phase, in 5 Jahren könnten zwischen 3000-5000t
gefördert werden.
Mount Weld (Australien, Lynas Corp): Aufnahme des Abbaus für 2011 mit einer Fördermenge von
11000t geplant, bis 2013 21000t pro Jahr
Dubbo Zirconia (Australien, Alkane Resources): könnte frühestens 2013 Abbau mit einer Kapazität
von 2500t starten.
Nolans (Australien, Arafura Resources): Frühestens 2014 mit 20000t pro Jahr.
Kvanefjeld (Grönland, Greenland Minerals & Energy): 20000t SE sind als Nebenprodukt der
Uranförderung geplant. Kein Datum bekannt.
Zumindest ist das Problem erkannt. Der Bundesverband der deutschen Industrie hat sich bereits
besorgt über Chinas Politik gezeigt. Die USA, wo es seit Jahren keinen nennenswerten Abbau gab,
bereiten nunmehr einen Abbau in bisher als unrentabel geltenden Minen vor (Chevron Tochter
Molycorp), und der U.S. Kongress beschäftigt sich bereits mit dem Thema. Der „Restart-act“ (im April
2010 dem Senat vorgelegt) soll mit $1,2 Mrd. sichern, dass die USA in der Lage sind SE in den USA
abzubauen, zu raffinieren und im Namen der nationalen Sicherheit und Wirtschaftspolitik eine
Versorgung sicherzustellen.
Im Übrigen wird bereits nach Methoden geforscht, um SE aus Industriemüll zu recyceln. Forscher der
Universität Leeds erreichten in einem Test eine Rückgewinnung im Bereich von 60-80% und auch
Japans Institute of Materials Science forscht unter anderem an der Rückgewinnung von SE aus
Elektronikschrott.
Das U.S. Department of Energy hat einen 3-Punkte Plan ausgearbeitet:
Diversifizierung durch Globalisierung der Lieferanten von strategischen Materialien
Entwicklung von Recyclingmethoden
Forschung im Bereich der Substitution von SE
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Auch die europäische Union hat die Gefahr erkannt und SE auf die Liste der 14 „kritischen“ Rohstoffe
gesetzt. Im herbst 2010 soll eine Strategie vorgestellt werden, wie den von SE abhängigen Industrien
bei der Sicherung der Versorgung geholfen werden kann.
Europa und die USA bemühen auch die WTO im Kampf gegen chinesische Ausfuhrbeschränkungen.
Allerdings würde ein allfälliger Erfolg wohl zu lange dauern.
Derzeit sind weltweit folgende größere Unternehmen mit der Exploration, bzw. mit dem Abbau
verschiedener SE befasst:
Alkane Resources LTD
AMR Technologies
Arafura Resources LTD
Avalon Rare Metals INC
Baotou Steel Rare Earth Company
Canadian Lithium Corp
Chevron (Tochter Molycorp- unrentable Mine wieder reaktiviert)
China Rare Earth
Commerce Resources Corp (Tantal und Niob)
Great Western Minerals
Greenland Minerals
Hudson Minerals
IBC Advanced Alloys
Lynas Corp. LTD (AUS – grösster Produzent ausserhalb Chinas)
Navigator Res LTD
Neo Materials
Quest Rare Mining
Rare Elements Res. INC
Tasman Metals
Daneben gibt es seine Vielzahl von Klein- und Kleinstunternehmen sowie Projekten, die sich mit SE
befassen. Wir rechnen damit, dass das Thema bereits in naher Zukunft mehr Aufmerksamkeit auch
bei Investoren finden wird und beobachten sorgfältig die weitere Entwicklung.
Christoph Brixa, 22.12.2010
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