Seltene Erden aus Elektroschrott Hoffnung für Elektroschrott: Seltenerdmetalle zurückgewinnen

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Elektroschrott, mit dem nichts mehr geschieht, ist eine Belastung für die Umwelt und oft eine Verschwendung wertvoller Materialien. Das Recycling wird vor allem als zu teuer angesehen. An der ETH Zürich wurde nun ein Molekül gefunden, das bestimmte Seltenerdmetalle trennt - möglicherweise bedeutet das einen Durchbruch im Elektroschrott-Recycling.

Geplante Obsolenz, ein Begriff, der vor nahezu 100 Jahren geprägt wurde, beschreibt für die meisten Konsumenten das Prinzip einer vom Hersteller vorgesehenen und geplanten Alterung eines Produkts. Ein simples Beispiel wäre etwa, wenn der Betriebssystem-Support eines Hardware-Produkts wie einem Laptop bereits zwei Jahre nach dem Kauf endet, obwohl das Gerät noch voll funktionstüchtig ist. Oder wenn die Tasten einer Computer-Maus „zufällig“ zwei Jahre nach der Produktion, und kurz nach dem Ablauf der Garantie, den Geist aufgeben. Oder wenn es von den Kosten her günstiger ist, einen neuen Drucker zu kaufen als die dazugehörige Tinte, um das Gerät wieder betreiben und seinem Nutzen zuführen zu können.

Günstige Elektronik ist reizvoll, für den Hersteller wie für den Kunden. Günstige Elektronik ist allerdings auch ein Problem, denn eher über kurz als über lang landen die Geräte auf dem Müll - und damit etliche Ressourcen, die dem Produktzyklus wieder hinzugefügt werden könnten. Schwierigkeiten in der Besorgung und politische Sanktionen lassen immer mehr Unternehmen und Forschungsinstitutionen umdenken. Wie lassen sich kritische und kostbare Materialien wiedergewinnen, um Produktionen und Lieferketten robuster zu gestalten?

Bei der Frage, wie sich Elektroschrott-Recycling in der Breite lohnenswerter machen lässt, geht der Blick oft in die Natur. So auch bei der ETH Zürich und den Forschern rund um Victor Mougel, Professor am Laboratorium für Anorganische Chemie. Das Team sucht nach Möglichkeiten, seltene Erden voneinander zu trennen und aus Elektroschrott zu extrahieren.

Nicht selten, aber kritisch

Seltene Erden sind nicht wirklich selten, aber die Metalle können in natürlichen Erzen meist nur gemischt gefunden werden. Weil sich die Elemente chemisch ähneln, ist eine Trennung kostspielig; es werden zahlreiche Schritte sowie viele Chemikalien und viel Energie benötigt. Hinsichtlich des Umstands, dass seltene Erden eine große Rolle in der Digitalisierung und in der Energiewende spielen, war es für Mougels Team verwunderlich, dass nicht mehr Investitionen in das Recycling von Elektroschrott zur Rückgewinnung von seltenen Erden geschehen. „Es braucht dringend nachhaltige und unkomplizierte Methoden zur Trennung und Rückgewinnung dieser strategischen Rohstoffe aus unterschiedlichen Quellen“, so Mougel.

Sein Team hat, wie die ETH formuliert, „eine überraschend einfache Methode, mit der sich das Seltenerdmetall Europium effizient aus komplexen Gemischen von anderen seltenen Erden abtrennen und wiederverwerten lässt“ gefunden. Die Details der Studie „Recovery of europium from E-waste using redox active tetrathiotungstate ligands“ lassen sich bei Nature Communications nachlesen; wir umreißen die Fakten nachfolgend kurz.

Trennungsprozess mit Tetrahiometallaten

Die Methodik, die das Team um Mougel gefunden hat, erlaubt eine Trennung von Europium in wenigen einfachen Schritten und mit einer bis zu 50-mal höheren Effizienz als bisherige Methoden. Dabei werden anorganische Moleküle mit vier Schwefelatomen eingesetzt, die um ein Wolfram- oder Molybdänatom angeordnet sind, sogenannte Tetrahiometallate. Diese kommen als Bindungsstelle für Metalle in natürlichen Enzymen vor und werden von den Forschern aufgrund der Redox-Eigenschaften genutzt, um Europium in seinen ungewöhnlichen zweiwertigen Zustand zu reduzieren und somit die einfache Trennung von anderen dreiwertigen Seltenerdmetallen zu ermöglichen.

„Das Prinzip ist dabei so effizient und robust, dass wir es direkt auf verbrauchte Leuchtstofflampen anwenden können, ohne dass die sonst üblichen Vorbehandlungsschritte erforderlich sind“, hält Mougel fest. Davon verspricht sich Mougel, dass Lampenabfälle, die derzeit ins Ausland exportiert werden, in Zukunft als urbane Europium-Minen dienen könnten. Europium kam in der Vergangenheit vornehmlich als Leuchtstoff in Leuchtstofflampen sowie Flachbildschirmen zum Einsatz.

Die Methode haben die Forscher patentiert und sie soll unter dem Start-up Reecover vermarktet werden. Gleichzeitig wird daran gearbeitet, die Trennverfahren für Neodym und Dysprosium anzupassen, um die Seltenerdmetalle aus Magneten zurückzugewinnen. (sb)

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