Wird Kohleabfall jetzt zum Milliardenschatz für E-Autos und Windräder?
US-Forscher holen seltene Erden aus Kohleabfällen – mit Potenzial für E-Autos, Windkraft und mehr Rohstoff-Unabhängigkeit.
Aus dem Rohstoff Kohle und seinen Rückständen lassen sich mit modernen Verfahren selbst wertvolle Spurenelemente zurückgewinnen. © Wikimedia
Seltene Erden stecken in E-Autos, Windrädern, Smartphones und moderner Medizintechnik. Ohne sie laufen Elektromotoren weniger effizient, Generatoren verlieren an Leistung, Hightech-Produkte verteuern sich. Gleichzeitig gelten diese Rohstoffe als geopolitisch sensibel, weil viele Länder stark von Importen abhängig sind – vor allem aus China. Umso brisanter ist eine Entwicklung aus den USA: Seltene Erden aus Kohle könnten künftig aus Abraum und Kohleasche gewonnen werden – also aus Materialien, die bislang als umweltbelastender Reststoff galten.
Eine Forschungsarbeit der South Dakota School of Mines and Technology (SDSMT) zeigt nun, wie sich aus den Kohleabfällen gezielt Metalle wie Dysprosium, Ytterbium oder Yttrium herauslösen lassen. Nach drei Jahren Entwicklungszeit stellen die Ingenieure ein Verfahren vor, das Rohstoffe aus alten Halden zurückholt – Rohstoffe, die für Elektromobilität, Windkraft, Glasfasernetze und Verteidigungssysteme benötigt werden.
Wie seltene Erden aus Kohle zurückgewonnen werden
Die Wissenschaftler arbeiten mit einem Verfahren in drei Schritten. Zunächst zerkleinern sie größere Gesteinsbrocken aus dem sogenannten Abraum. Dadurch legen sie die darin gebundenen Elemente frei. Anschließend setzen sie vergleichsweise umweltverträgliche Chemikalien ein, um die seltenen Erden in eine lösliche Form zu überführen. So lassen sich einzelne Metalle gezielt abtrennen.
Den entscheidenden Schritt übernehmen Mikroorganismen. Sie nehmen die gelösten Metalle in ihre Zellen auf und reichern sie dort an. Projektleiter Venkataramana Gadhamshetty beschreibt den Vorgang so: „Sobald der Transfer erfolgt ist, können wir all diese wertvollen Materialien in den mikrobiellen Zellen einfangen – wir nutzen lebende Organismen, um die verdünnten Konzentrationen dieser seltenen Erden aus größeren Massen zu bündeln.“
Er vergleicht den biologischen Prozess mit dem menschlichen Stoffwechsel. „Wir verstehen diese Bedürfnisse und können die Bedingungen optimieren, sodass die Mikroben die seltenen Erden ganz natürlich aufnehmen und eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung entsteht.“ Das Prinzip: Mikroorganismen benötigen bestimmte Spurenelemente. Dieses natürliche Aufnahmevermögen machen sich die Ingenieure zunutze.
Warum Dysprosium und Ytterbium so wertvoll sind
Für ihre Untersuchung nahmen die Forschenden Kohleminen im US-Bundesstaat Wyoming in den Blick. Sie analysierten sowohl feste Rückstände aus dem Abraum als auch Kohleasche. Gewonnen wurden unter anderem:
- Yttrium
- Dysprosium
- Erbium
- Ytterbium
- Gadolinium
Besonders Dysprosium, Ytterbium und Erbium gelten als hochpreisig. Sie werden stark nachgefragt und lassen sich kaum ersetzen. Diese seltenen Erden sind essenziell für Technologien wie Elektrofahrzeuge, Windturbinen, Smartphones, LED-Beleuchtung, Glasfaserinternet, medizinische Bildgebung und Verteidigungssysteme“, so Gadhamshetty.
Yttrium und Gadolinium finden breite Anwendung in Elektronik, Beleuchtung und im Gesundheitsbereich. Ohne diese Metalle verlieren viele Hochleistungsmagnete oder Leuchtstoffe an Effizienz.
Forschung mit staatlicher Unterstützung
Das Projekt begann mit einer Anschubförderung der staatlichen National Science Foundation in den USA. Später beteiligten sich weitere Behörden, darunter ein Forschungszentrum namens 2DBEST Center, die Aufsichtsbehörde für Bergbausanierung sowie das US-Innenministerium. Neben Gadhamshetty war auch Bergbauingenieur Purushotham Tukkaraja involviert: „Das Ziel dieser Arbeit war es, die Technologie zu entwickeln und den Prozess zu verstehen.“
Inzwischen richtet sich der Blick nicht mehr nur auf feste Kohleabfälle. Das Team untersucht auch verschmutztes Grubenwasser aus stillgelegten Minen. Nach demselben Prinzip lassen sich auch daraus seltene Metalle herauslösen. So könnte die Rückgewinnung von Rohstoffen mit der Reinigung belasteter Umweltbereiche zusammenfallen.
Noch kein Industriestandard – aber ein strategischer Ansatz
Derzeit entstehen nur kleine Mengen der Metalle. Eine industrielle Produktion gibt es bislang nicht. Die nächste Phase besteht darin, das Verfahren zu skalieren und wirtschaftlich tragfähig zu machen. Tukkaraja erklärt: „Sobald wir all diese unterschiedlichen Kennzahlen einbeziehen und das Verfahren praktikabler machen, könnten wir Interessengruppen finden, die den Wert dieser Lösung erkennen.“
Die Studie zeigt damit einen Ansatz, wie alte Industrielasten neu bewertet werden könnten. Ob sich das Verfahren am Markt durchsetzt, hängt von Kosten, Ausbeute und Rohstoffpreisen ab. Klar ist jedoch: In Kohleabfällen lagern Metalle, die für die Energiewende und moderne Technologien gebraucht werden – und deren strategische Bedeutung weltweit wächst.
Kurz zusammengefasst:
- Eine Forschungsarbeit der South Dakota School of Mines and Technology zeigt, dass sich seltene Erden wie Dysprosium, Ytterbium und Yttrium aus Kohleabfällen und Kohleasche gewinnen lassen – Rohstoffe, die für E-Autos, Windräder, Elektronik und Medizintechnik gebraucht werden.
- Das entwickelte Verfahren arbeitet in drei Schritten: Gestein wird zerkleinert, Metalle werden chemisch gelöst und anschließend durch Mikroorganismen gezielt angereichert.
- Noch befindet sich das Projekt im Forschungsstadium, doch es könnte langfristig helfen, Rohstoffabhängigkeiten zu verringern und industrielle Altlasten wirtschaftlich nutzbar zu machen.
Übrigens: Während US-Forscher seltene Erden aus Kohleabfällen zurückholen, zeigen Chemiker in China, wie sich bei der Kohleverarbeitung der CO₂-Ausstoß von rund 30 Prozent auf unter ein Prozent senken lässt – mehr dazu in unserem Artikel.
Bild: © Calistemon via Wikimedia unter CC BY-SA 4.0
