Robert Klatt
Die Seltenen Erden Neodym und Dysprosium werden nahezu ausschließlich in China abgebaut. Nun wurde Tetrataenit, aus dem ebenfalls starke Permanentmagnete hergestellt werden können, erstmals künstlich auf der Erde erzeugt. Bisher wurde Tetrataenit nur von Meteoriten auf die Erde gebracht.
Cambridge (England). Die Metalle der Seltenen Erden umfassen insgesamt 17 Elemente, die in verschiedenen Industrien von hoher Bedeutung sind. Weil der Abbau sehr aufwändig ist und die Umwelt stark beeinträchtigen kann, wird ein Großteil der begehrten Seltenen Erden aktuell in China gefördert. Das Land könnte also bei einem geopolitischen Konflikt die Lieferung der Rohstoffe an westliche Unternehmen unterbinden und damit die Industrie empfindlich treffen.
Es wird deshalb global nach alternativen Quellen für Seltene Erden gesucht. Dabei entdeckten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) etwa ein großes Vorkommen in Südafrika. Außerdem wird an der künstlichen Herstellung Seltener Erden gearbeitet.
Besonders wichtig sind die Elemente Neodym und Dysprosium, aus denen starke Permanentmagnete, die zum Beispiel in für eine ewig schwebende Magnetbahn verwendet werden können, hergestellt werden. Außerdem kommen die starken und kompakten Magnete auf Basis der Seltenen Erden in Elektromotoren und Generatoren von Windrädern zum Einsatz. Würde China die Lieferung von Neodym und Dysprosium einstellen, würde dies also wichtige Industrien zum Produktionsstopp zwingen.
Theoretisch können Neodym und Dysprosium durch Tetrataenit, das ebenfalls über die stark magnetischen Eigenschaften verfügt, ersetzt werden. Das Problem dabei ist jedoch, dass das Material auf der Erde nicht natürlich vorkommt und nur durch Meteoriten auf den Planeten gebracht wird. Bisher können deshalb nur Mengen gewonnen werden, die für einen Einsatz in der Industrie nicht annährend ausreichen. Auch die Förderung des Rohstoffs im Weltraum ist nicht wirtschaftlich möglich.
Nun haben Wissenschaftlern der University of Cambridge einen Durchbruch vermeldet. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Advanced Science gelang es ihnen, Tetrataenit künstlich auf der Erde zu erzeugen. Tetrataenit ist eine Legierung aus Eisen und Nickel mit dem Verhältnis 1:1.
Um das Tetrataenit künstlich herzustellen, schmolzen die Forscher deshalb die Legierung und gaben anschließend etwas Phosphor hinzu. Sie konnten so die Bewegungsfähigkeit der einzelnen Atome innerhalb des Metalls erhöhen. Laut Lindsay Greer waren die Wissenschaftler überrascht davon, wie einfach die künstliche Herstellung war.
"Das Erstaunliche daran war, dass keine besondere Behandlung erforderlich war: Wir schmolzen die Legierung einfach, gossen sie in eine Form und hatten Tetrataenit. Bisher war man der Meinung, dass man Tetrataenit nur durch extreme Maßnahmen erhalten kann, weil man sonst Millionen von Jahren warten müsste, bis es sich bildet. Dieses Ergebnis bedeutet eine völlige Veränderung in der Art und Weise, wie wir über dieses Material denken."
Experimente mit dem künstlichen Tetrataenit haben belegt, dass es über die gewünschten, stark magnetischen Eigenschaften verfügt. Es kann somit, wie das natürliche Tetrataenit aus dem Weltraum, zur Produktion von starken Permanentmagneten verwendet werden.
Bevor eine industrielle Produktion von Tetrataenit beginnen kann, muss der Prozess noch an die höheren Produktionsmengen angepasst werden. Außerdem muss untersucht werden, ob das Verfahren wirtschaftlich sinnvoll ist oder lediglich als Option für einen Notfall dienen kann.
Advanced Science, doi: 10.1002/advs.202204315
