Was sind Seltene Erden – und was haben sie mit der Umwelt zu tun?

Seltene Erden bekommen keinen Respekt. Am Ende des Periodensystems der Elemente stecken geblieben und mit unaussprechlichen Namen wie Praseodym und Ytterbium versehen, haben sie bei weitem nicht den Glanz und die Popularität von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und den anderen Spitzenreitern. Zum Teufel, sogar Zirkonium – das zur Herstellung des oft verspotteten Zirkonia-Diamant-Simulans verwendet wird – schneidet besser ab als die Seltenen Erden. Die Ironie dabei ist, dass die meisten Menschen täglich Produkte verwenden, die mit Seltenen Erden hergestellt wurden. Man könnte sogar sagen, dass wir ohne sie nicht leben könnten, da sie in den meisten Hightech-Geräten zu finden sind: Handys, Computer, iPods und mehr.

Also, was genau sind diese Dinge? Gemäß einer allgemein anerkannten Definition gibt es 17 Seltenerdelemente, die alle ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen: Die Elemente der Lanthanidenreihe – Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium – plus Yttrium und Scandium, klassifiziert als „Übergangsmetalle“ [Quelle: Houses of Parliament]. (Einige Wissenschaftler können jedoch Scandium oder sowohl Scandium als auch Yttrium aus der Gruppe der Seltenen Erden ausschließen, je nachdem, wie ähnlich diese beiden Elemente ihrer Meinung nach den Lanthaniden sind.) Diese Elemente, auch Seltenerdmetalle genannt, wurden 1787 von entdeckt Chemiker Lieutenant Carl Axel Arrhenius, nachdem er in einem Steinbruch in Ytterby, Schweden, einen seltsam schweren, schwarzen Stein gefunden hatte, den er Ytterbite nannte [Quellen: Vanderkrogt , Think Global Green ].

Diese Metalle sind nicht wirklich selten – sie kommen auf der ganzen Welt in Hülle und Fülle vor. Die Leute halten sie jedoch für selten, weil sie in winzigen Stückchen über den ganzen Planeten verstreut sind und nicht wie Kupfer in Adern zusammengeballt sind. Tatsächlich kommen sie in Clustern vor – aber mit anderen Seltenen Erden, nicht nur mit ihrer besonderen Art. Das bedeutet, dass sie geerntet und dann in jedes einzelne Element getrennt werden müssen, was schwierig und kostspielig ist. Als die Elemente erstmals entdeckt wurden und die Wissenschaftler sich noch nicht sicher waren, was sie damit anfangen sollten, wurden sie als Gruppe zusammen abgebaut. Dieser Mischmasch aus Elementen wurde "Mischmetall" [Quelle: Popular Mechanics ] genannt. Wirklich.

Jahrzehntelang haben sich Wissenschaftler mit diesen Elementen beschäftigt und schließlich ihr großes Potenzial erkannt. Zum einen haben seltene Erden wunderbare magnetische und leitfähige Eigenschaften, die es uns ermöglichen, unsere Technikfreaks zu verkleinern. Erinnern Sie sich an den Sony Walkman aus den 1970er Jahren, das erste tragbare Musikgerät? Dieser kompakte Player wurde teilweise möglich, weil er einen kleinen, starken Magneten aus Samarium enthielt. Heute wurden Samarium-basierte Magnete durch noch kleinere, stärkere Neodym-Magnete ersetzt – daher der winzige Nachkomme des Walkman, der iPod [Quelle: Popular Mechanics , Lynas Corp. ]. Seltene Erden glänzen auch im Verteidigungsbereich, wo sie verwendet werden, um alles von Nachtsichtbrillen bis hin zu präzisionsgelenkten Waffen herzustellen.

Die USA waren einst weltweit führend in der Verarbeitung von Seltenen Erden, aber heute gehört diese Auszeichnung China, das in den 1980er und 1990er Jahren von staatlichen Subventionen profitierte, die es ihnen ermöglichten, den internationalen Markt mit billigen Seltenen Erden zu überschwemmen. Da Chinas eigener Bedarf an ihnen jedoch gewachsen ist, verkaufen sie nicht so viel an den Rest der Welt, und es droht ein Mangel. Die USA haben ihre ehemalige Produktionsstätte wieder in Betrieb genommen und könnten schließlich wieder in der Lage sein, ihren eigenen Verbrauch an Seltenerdmetallen zu decken [Quelle: National Geographic ].

Es ist großartig, unsere Hightech-Spielzeuge durch die Verwendung von Seltenen Erden zu schrumpfen, aber sie haben andere wichtige Verwendungszwecke, insbesondere im Hinblick auf die Umwelt. Die Metalle werden zur Herstellung zahlreicher "grüner" Gegenstände verwendet, darunter Hybridautos , Luftreinhaltung, LED-Glühbirnen und Windkraftanlagen .

Insbesondere Magnete aus seltenen Erden werden in Windkraftanlagen und verwandten Gegenständen wie Generatoren verwendet, wodurch sie stark und leistungsstark, aber dennoch leicht und effizient sind. Auch wiederaufladbare Batterien, die vom winzigen E-Reader bis zu den oben erwähnten schweren Hybridfahrzeugen alles mit Strom versorgen, verwenden diese Elemente, insbesondere Lanthan. Jeder Toyota Prius zum Beispiel trägt 10 Pfund (4,5 Kilogramm) Lanthan in seiner „Nickel-Metallhydrid“-Batterie. (Raten Sie mal, worauf sich der „Metall“-Teil des Namens bezieht? Lanthan natürlich [Quelle: Popular Mechanics ].)

Seltene Erden sind natürlich nicht perfekt. Alle Erze der Seltenen Erden enthalten Uran und Thorium – radioaktive Elemente, die beim Abbau zu Abfallprodukten werden und sorgfältig entsorgt werden müssen. Es werden auch mehr Chemikalien benötigt, um Uran und Thorium zu trennen, als um unedle Metalle wie Kupfer, Zink und Blei zu trennen, was nicht gut für die Umwelt ist [Quelle: Think Global Green ].

In China und anderswo haben lasche Vorschriften und der illegale Abbau von Seltenerdmetallen zu verschmutztem Land und Wasser und sogar zu vergifteten Anwohnern geführt, was offensichtlich ein großes Problem darstellt [Quelle: Houses of Parliament ]. Der Abbauprozess verbraucht ebenfalls viel Energie und kann zu einer Degradation und Erosion des Oberbodens führen. Und schließlich werden viele High-Tech-Geräte, die mit seltenen Erden hergestellt wurden, auf Mülldeponien geworfen, wenn sie nicht mehr nützlich sind, und die Forscher wissen noch nicht, ob die seltenen Erden im Laufe der Zeit wieder in die Umwelt freigesetzt werden – und wenn Also, was das für unseren Planeten bedeuten könnte [Quelle: Houses of Parliament , Smith ].

Letztendlich steigt die Produktion von Seltenen Erden jedoch weiter an, was darauf hindeutet, dass ihre unzähligen ökologischen und gesellschaftlichen Vorteile zumindest vorerst die Kosten überwiegen. Es sieht also so aus, als würden diese Elemente hier bleiben – zumindest bis das Nächstbeste entdeckt wird.

Ich gebe es zu: Ich hasse Wissenschaft. (Mathe auch, wenn Sie es unbedingt wissen müssen.) Also dieses Thema hat mich anfangs nicht begeistert. Bis mir klar wurde, dass ich endlich etwas Wissenschaftliches mit meiner älteren Tochter besprechen konnte, die gerade ihren Bachelor in Chemie gemacht hatte. Meine Tochter war mit den Elementen der Seltenen Erden vertraut und half mir, vollständig zu verstehen, worum es bei ihnen geht. Diese persönliche Note hat das Thema für mich viel interessanter gemacht, und ich hoffe, dass sich dieses Interesse in diesem Artikel widerspiegelt.

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Quellen