Analyse Seltene Erden und Automatisierungstechnik

Nicht alle Seltenen Erden sind wirklich »selten« - das Problem liegt eher darin, dass bestimmte Elemente im Überfluss vorliegen und es an anderen mangelt, aber oft Kombinationen aus beidem nötig sind. Hinzu kommt, dass die Gewinnung die Umwelt stark belastet, was sich bisher in den Preisen noch nicht niederschlägt.

Seltene Erden sind für die Automatisierungstechnik auf absehbare Zeit unentbehrlich. Gleichzeitig hat China weltweit einen Lieferanteil von 95 Prozent und nutzt aktiv seine weltmarktbeherrschende Position. Das hat bekanntlich zu Spannungen in der Versorgungslage mit Seltenen Erden geführt. Weniger bekannt sind jedoch die geologischen und technologischen Strukturprobleme bei Gewinnung und Einsatz von Seltenen Erden. Sie beleuchtet dieser Beitrag näher. Grundlage dafür ist eine Ausarbeitung von Quest Research, die im Quest Trend Magazin Online veröffentlicht ist.

Gewinnung Seltener Erden: »Siebzehnfüßler außer Tritt«

Die Elementgruppe der Seltenen Erden umfasst 17 Metalle, die in vielen Hightech-Anwendungen, besonders auch in der Automatisierungstechnik, zum Einsatz kommen:

  • Permanenterregte Synchronmotoren wie der Servomotor brauchen Neodym (Nd) für hochmagnetische Wirkung und gleichzeitig Dysprosium (Dy), damit die starke magnetische Wirkung auch bei Temperaturen oberhalb von 80 °C anhält. An den Magnetwerkstoffen dieser Motoren haben die Seltenen Erden einen Anteil von gut 30 Prozent.
  • Mikromotoren für Sensoren oder Festplatten arbeiten ebenfalls mit Neodym, Dysprosium sowie Terbium (Tb) und Praseodym (Pr).
  • Glasfaserkabel benötigen Yttrium (Y), Terbium (Tb), Erbium (Er) und Europium (Eu).
  • Flachbildschirme brauchen für brillante Farben Praseodym, Cerium (Ce), Europium und Gadolinium (Gd) sowie Yttrium und Terbium.
  • In der Automobiltechnik sind in Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie in den Start-Stopp-Automatiken Neodym und Praseodym sowie Dysprosium und Terbium zu finden. Dabei kommen etwa 1-2 kg Magnete pro Fahrzeug zum Einsatz.
  • Windenergieanlagen und Wasserkraftwerke benötigen ebenfalls Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium.


Zwei geologisch bedingte Eigenarten der Seltenen Erden haben weitreichende Folgen: Erstens kommen die 17 Metalle nur gemeinsam vor und lassen sich auch nur gemeinsam abbauen. Und zweitens sind die Anteile der 17 Metalle in den jeweiligen Vorkommen höchst unterschiedlich. Man unterscheidet die leichten und die schweren Seltenen Erden. Die leichten Elemente haben in den Lagerstätten Anteile von 90 Prozent und mehr, während die schweren nur auf Anteile zwischen 1,4 und 4 Prozent kommen.

Aus diesen geologisch bedingten Eigenarten folgt eine disproportionale Angebotsstruktur an Seltenen Erden mit größeren Angebotsmengen bei den einen, gleichzeitig aber sehr geringen Angebotsmengen bei den anderen. Damit gleicht die Gewinnung der Seltenen Erden einem Siebzehnfüßler, der außer Tritt gekommen sich ungeordnet fortbewegt.

Struktur von Angebot und Nachfrage passt nicht zusammen

Nun trifft dieses disproportionale Angebot auf eine Nachfrage, die besonders für Hightech-Anwendungen gar nicht zur Angebotsstruktur passt. Das zeigt sich besonders bei Seltenen Erden für die Automatisierungstechnik. Permanenterregte Synchronmotoren wie der Servomotor brauchen Neodym (Nd) für hochmagnetische Wirkung. Neodym ist ein leichtes Element, das in den Vorkommen relativ häufig auftritt. Aber gleichzeitig benötigen die Motoren auch Dysprosium (Dy), damit die starke magnetische Wirkung auch bei Temperaturen oberhalb von 80 °C anhält. Dysprosium ist jedoch ein schweres Element, das in den Lagerstätten nur in ganz geringen Anteilen auftritt.

Die Kombination von leichten und schweren Seltenen Erden zieht sich durch die meisten Hightech-Anwendungen durch, wie die Grafik darstellt. Das zeigt sich bei Mikromotoren für Sensoren und Festplatten, Glasfaserkabeln, Flachbildschirmen, Hybridautos, Windenergieanlagen und vielen militärischen Anwendungen. Die geologisch bedingte disproportionale Angebotsstruktur und die technologisch-ökonomisch bedingte Nachfragestruktur für Hightech-Anwendungen passen also zusammen wie zwei linke Hände.