Neue Forschungsergebnisse stellen eine Alternative zum Abbau lebenswichtiger Seltenerdmetalle vor: Der Indikator von Planet Money: NPR

SYLVIE DOUGLIS, BYLINE: NPR.

(SOUNDBITE VON DROP ELECTRICS „WAKING UP TO THE FIRE“)

DARIAN WOODS, GASTGEBER:

Das ist DER INDIKATOR VON PLANET MONEY. Ich bin Darian Woods.

PADDY HIRSCH, MODERATOR:

Und ich bin Paddy Hirsch. Das Herzstück jeder elektrisch angetriebenen Maschine ist der bescheidene Magnet. Das kennst du natürlich aus deinem Physikunterricht in der High School, Darian, oder?

WOODS: Oh ja. Ich war in der ersten Reihe.

HIRSCH: Wie auch immer, die meisten Magnete, wie zum Beispiel der in Ihrer batteriebetriebenen Uhr, sind billig und einfach herzustellen. Aber die Magnete in High-Tech-Maschinen wie Motoren von Elektrofahrzeugen oder, ich weiß nicht, Space-Shuttle-Turbinen sind ganz anders.

HOLZ: Diese sogenannten Permanentmagnete sind starker Hitze und Druck ausgesetzt. Und um die wirklich hochwertigen herzustellen, braucht man eine besondere Zutat – seltene Erden. Dies sind Elemente, die schwer zu finden und noch schwieriger zu extrahieren und zu verfeinern sind.

HIRSCH: Ja. Und die überwiegende Mehrheit der Seltenen Erden wird derzeit in China produziert, was bedeutet, dass China diesen Markt dominiert. Kürzlich haben Wissenschaftler jedoch eine Möglichkeit entdeckt, in einem Labor ein Metall herzustellen, das zur Herstellung hochwertiger Magnete ohne den Einsatz seltener Erden verwendet werden kann.

WOODS: Das Metall heißt Tetrataenit. Und in der heutigen Sendung werden wir herausfinden, was es ist und wie es hergestellt wird ...

HIRSCH: ...Und wie es aus dem Weltraum kam.

WOODS: Das stimmt. Und wir werden hören, wie es nicht nur den Markt für seltene Erden und Permanentmagnete, sondern auch das Gleichgewicht der technologischen Macht zwischen China und dem Westen verändern könnte. Das kommt alles nach der Pause.

(SOUNDBITE DER MUSIK)

HIRSCH: Um alles über Tetrataenit zu verstehen, haben wir einen der Wissenschaftler angerufen, die im Labor bei seiner Herstellung mitgewirkt haben.

LAURA HENDERSON LEWIS: Ich bin Laura Henderson Lewis. Ich bin Professor für Maschinenbau und Chemieingenieurwesen an der Northeastern University in Boston, Massachusetts.

WOODS: Wir haben auch einen Investor gefunden, der Technologien verfolgt, die seltene Erden nutzen.

JONATHAN HYKAWY: Mein Name ist Jonathan Hykawy und ich bin der Präsident von Storm Crow Capital Ltd.

HIRSCH: Jonathan ist außerordentlich begeistert von der Nachricht, dass Wissenschaftler möglicherweise einen Weg finden, ein Metall herzustellen, das die Verwendung seltener Erden in einigen High-End-Magneten überflüssig machen könnte.

HYKAWY: Diese neue Entdeckung, diese Tetrataenit-Ankündigung, ist eines der interessantesten Dinge, die ich im Weltraum gesehen habe, und ich schaue mir wöchentlich ein Dutzend solcher Entdeckungen an. 99,9 Prozent davon werden nie kommerziell genutzt. Das hier könnte tatsächlich der Fall sein.

WOODS: Tetrataenit ist kein unbekanntes Metall, aber Laura sagt, es sei ziemlich außergewöhnlich.

LEWIS: Tetrataenit ist ein kosmisches Mineral und wurde erstmals in den 1980er Jahren entdeckt und benannt.

HIRSCH: Und wenn Laura sagt, Tetrataenit sei kosmisch, meint sie, dass es in seiner natürlichen Form buchstäblich aus dem Weltraum kommt.

LEWIS: Man findet es nur in wenigen Meteoriten. Einige davon befinden sich im Smithsonian.

WOODS: Es besteht aus zwei gewöhnlichen Metallen, Eisen und Nickel, die sich über eine sehr, sehr lange Zeit hinweg verbunden und abgekühlt haben, während der Meteorit dort oben im Kosmos herumwirbelte.

LEWIS: Und das geht natürlich nicht sehr schnell. Es kann also viele Millionen bis zu einer Milliarde Jahre dauern, bis sich ein großes Stück Tetrataenit gebildet hat.

HIRSCH: Und die Nachbildung eines eine Milliarde Jahre dauernden Abkühlungsprozesses in einem Labor ist eine Herausforderung und, was vielleicht nicht überraschend ist, ziemlich teuer.

WOODS: Ich meine, viel Glück beim Erhalt eines Mietvertrags für diesen Zeitraum.

HIRSCH: (Gelächter) Ja. Aber Jonathan Hykawy sagt, dass die Vorteile potenziell enorm sind. Denn Eisen und Nickel sind im Vergleich zu seltenen Erden wie Neodym oder Terbium, die wir derzeit für die Herstellung von Hochleistungs-Permanentmagneten benötigen, spottbillig.

HYKAWY: Heute wird Neodymoxid für etwa 100 US-Dollar gehandelt. Es kostet 104 Dollar pro Kilo. Terbiumoxid, eines der Materialien, die es Magneten ermöglichen, bei viel höheren Temperaturen als normalerweise zu funktionieren, kostet etwa 1.900 US-Dollar pro Kilogramm.

WOODS: Nickel und Eisen hingegen werden für weniger als 25 Dollar pro Kilogramm gehandelt. Hier können Sie sehen, welche Kosteneinsparungen es mit sich bringt, wenn wir Permanentmagnete aus so kostengünstigen Materialien herstellen können.

HYKAWY: Es besteht die Möglichkeit und das Potenzial, den bestehenden Markt für Seltene Erden tatsächlich lahmzulegen.

HIRSCH: Lähmend? Wow das ist...

WOODS: Sie haben es hier zuerst gehört. Achtung, Markt für seltene Erden.

HIRSCH: Ja. Und seltene Erden sind nicht deshalb teuer, weil sie schwierig abzubauen sind, obwohl es bei manchen der Fall ist. Das Problem besteht darin, dass sie normalerweise mit anderen Materialien kombiniert werden und der Prozess der Trennung, um das Rohelement zu erhalten, so schwierig ist.

HYKAWY: Du gräbst das Erz aus der Erde. Du mahlst es. Sie profitieren davon. Sie holen diese seltenen erdhaltigen Mineralien heraus. Sie unterziehen sie einer Säurelaugung, um die Metalle herauszulösen. Die einzelnen Seltenen Erden herauszubekommen ist äußerst schwierig.

WOODS: Die USA waren in den 1980er Jahren führend im Geschäft mit seltenen Erden, aber Laura sagt, dass die Produktion so teuer und so chaotisch war, dass die USA beschlossen, nach China auszulagern.

LEWIS: China war also nicht nur mit einem großen Vorkommen seltener Erden gesegnet – es liegt in der Inneren Mongolei –, sondern war auch bereit, die Infrastruktur zur Trennung dieser Elemente aufzubauen. Und die USA waren daran nicht so besonders interessiert, vor allem wenn China es zu geringeren Gemeinkosten tun würde, weil die Verarbeitung nicht besonders umweltfreundlich ist.

HIRSCH: Und 30 Jahre später, sagt Jonathan, besitzt China faktisch den Markt für Seltene Erden.

HINWEIS: Fast die gesamte Mengenverarbeitung im Hinblick auf die Abtrennung von reinem Neodymoxid, reinem Praseodymoxid oder einer Mischung aus beiden, die rein genug ist, um in Magneten verwendet zu werden, erfolgt in China. Fast die gesamte Umwandlung dieser Oxidmaterialien in Metalle erfolgt in China, und ein sehr großer Teil der eigentlichen Herstellung der Magnetlegierungen erfolgt in China.

HIRSCH: China kontrolliert mehr als 71 % der weltweiten Gewinnung und 87 % der weltweiten Verarbeitungskapazität von Seltenen Erden. Es stellt auch mehr als 80 % der weltweiten Permanentmagnete her.

WOODS: Jonathan sagt, wenn Tetrataenit ein realistischer Erfolg wird, könnten die meisten Permanentmagnete zu einem Bruchteil ihrer derzeitigen Kosten hergestellt werden. Das würde den Magnetmarkt und auch den Markt für Seltene Erden auf den Kopf stellen.

HYKAWY: Das wird für viele Unternehmen eine ziemlich große Störung sein. Die chinesischen Unternehmen bzw. die Produzenten werden sich Gedanken darüber machen müssen, wie ihre Wirtschaft aussehen wird, wenn sie nur noch einen Bruchteil der Menge verkaufen, die sie früher hatten.

HIRSCH: Die Magnete, die in Ihren Elektroroller oder Ihre Klimaanlage passen, wären günstiger, was für die Verbraucher ein Gewinn wäre. Aber es könnte einen großen Nachteil geben. Einige seltene Erden könnten am Ende teurer werden, weil es weniger Anreize gäbe, sie abzubauen und zu fördern.

WOODS: Und das könnte ein Problem für eine Reihe anderer Branchen sein, denn seltene Erden werden nicht nur in der Magnetherstellung verwendet. Sie sind auch Schlüsselkomponenten in allen Arten von High-Tech-Anwendungen, von Glasfaser über Strahlungsscanner bis hin zu fortschrittlicher militärischer Ausrüstung.

HYKAWY: Wenn es sich die Seltenerdindustrie plötzlich nicht mehr leisten kann, das Material aus der Erde zu holen, weil wir keine Magnetmaterialien verkaufen können, wird die Verfügbarkeit von Dingen wie Lutetium, Erbium für die Glasfaserindustrie und einigen dieser anderen kleinen Mengen, ziemlich selten, seltene Erden werden darunter leiden.

WOODS: Und diese Märkte sind nicht riesig. Der Markt für Seltene Erden liegt zwischen 12 und 16 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Und rein maßstabsgetreu entspricht das ungefähr der Größe des Weltmarktes für Gin.

HIRSCH: Ach, wirklich?

WOODS: Permanentmagnete, das sind etwa 34 Milliarden, was in etwa der Größe des Weltmarktes für Orangensaft entspricht.

HIRSCH: Etwas weniger interessant. Die Störung des Magnetmarktes oder des Marktes für seltene Erden würde China also finanziell nicht so sehr schaden. Aber strategisch gesehen ist das eine ganz andere Frage. Die Nachfrage nach hochwertigen Permanentmagneten wächst schnell und diese Magnete sind für alle Arten von Produkten von entscheidender Bedeutung, die im Zuge des Übergangs der Welt zu einer Wirtschaft mit sauberer Energie immer wichtiger werden. Ich spreche also natürlich von Dingen wie Elektrofahrzeugen, Industrieklimaanlagen und Windkraftanlagen.

WOODS: Es liegt also im Interesse Chinas, auf den Märkten für Magnete und seltene Erden an der Spitze zu bleiben, und die USA wissen das. Und deshalb wird darüber gesprochen, dass Amerika wieder in das Geschäft mit seltenen Erden einsteigt. Aber in den USA ist derzeit nur eine Mine in Betrieb. Das ist in Kalifornien. Und die Online-Bereitstellung neuer Einrichtungen wird Jahre dauern.

HIRSCH: Dadurch sieht die Laborproduktion von Tetrataenit wie ein Geschenk magischer außerirdischer Technologie aus dem Weltraum aus, was sie auch ist – nur ohne die Außerirdischen. Aber Laura Lewis von Northeastern sagt, es sei keine schnelle Lösung.

LEWIS: Das zu haben ist nicht dasselbe wie einen Magneten zu haben. Ich verwende oft den Vergleich: Man hat vielleicht ein Material, um einen Ziegelstein herzustellen, aber man muss die Ziegelsteine ​​zusammenfügen, um eine Wand zu errichten. Und dann macht diese Mauer das Taj Mahal.

WOODS: Sie sagt, es gebe keine Garantie dafür, dass das Labor-Tetrataenit genauso gut funktioniert wie die winzigen Metallstückchen, die aus den Meteoriten gewonnen wurden. Selbst wenn dies der Fall ist, wird über Nacht nichts passieren.

HIRSCH: Ja. Im besten Fall, sagt sie, könnte es fünf bis acht Jahre dauern, bis Tetrataenit einen bedeutenden Unterschied in der Magnetproduktionsbranche oder auf den Märkten für seltene Erden bewirken könnte. Bis dahin geht es darum, mit China zu konkurrieren und sich neue Quellen für Seltene Erden zu sichern – weit in der australischen Wüste, tief unter dem Meeresboden in Japan, vielleicht im Weltraum.

WOODS: Ich meine, sobald Ihnen das Land ausgeht, schätze ich, wohin Sie gehen müssen.

HIRSCH: Es ist die letzte Grenze.

WOODS: Es ist schließlich die letzte Grenze.

(SOUNDBITE DER MUSIK)

HIRSCH: Diese Show wurde von Noah Glick mit der Technik von Maggie Luthar produziert. Dylan Sloan überprüfte die Fakten. Viet Le ist unser leitender Produzent. Kate Concannon bearbeitet die Show. Und THE INDICATOR ist eine Produktion von NPR.

WOODS: Ist es Meteorit oder Meteoroid, Paddy?

HIRSCH: Also hier ist die Sache: Wenn es im Weltraum ist, ist es ein Meteoroid.

WOODS: Okay.

HIRSCH: Wenn es auf die Atmosphäre trifft und brennt – es gibt diese Sternschnuppen-Sache – ist das ein Meteor. Und wenn es das überlebt und die Erde trifft, ist das ein Meteorit.

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