Eisen, Kupfer und Zinn, aber auch fast alle anderen Metalle machen unsere moderne Zivilisation erst möglich. Denn ohne sie gäbe es die meisten technischen Anwendungen nicht. Metalle bilden das Grundgerüst vieler Bauwerke und liefern Karosserien für Fahrzeuge und Fluggeräte. Sie stecken aber auch in moderner Elektronik und ihrer Infrastruktur – von der Hochspannungsleitung über Generatoren und Motoren bis hin zu unseren Computern und Elektrogeräten.
Schon diese „klassischen“ Technologien kommen nicht ohne Metalle aus. Doch in den letzten Jahrzehnten sind weitere Anwendungsbereiche hinzugekommen – in der Energiegewinnung, im Verkehr und auch in der Elektronik. Und diese Zukunftstechnologien benötigen in verstärktem Maße Metallrohstoffe, die von Natur aus deutlich knapper sind als Eisen, Kupfer, Aluminium und Co.
Von Dysprosium bis Terbium
Ein Beispiel sind Metalle, aus denen Halbleitermaterialien für die Photovoltaik, aber auch für Displays, LEDs und Laseranwendungen hergestellt werden. Für diese Technologien werden häufig Legierungen aus Indium oder Gallium eingesetzt – Metallen, die im Periodensystem in der gleichen Gruppe wie Aluminium stehen, aber deutlich seltener sind. So enthalten viele LCD-Bildschirme und Touchscreens Indiumzinnoxid (ITO), Der Halbleiter Galliumarsenid steckt in Leucht- und Laserdioden oder in Hochfrequenzverstärkern von Handys und Satelliten.
Ein weitere Komponente vieler Zukunftstechnologien sind starke Permanentmagnete aus Legierungen von Seltenerdmetallen wie Neodym, Praseodym, Samarium und Dysprosium. Sie stecken beispielsweise in den Generatoren von Windkraftanlagen, in Elektromotoren, Lautsprechern, Kopfhörern und den Laufwerken von Computerfestplatten. Eher in der Optoelektronik kommt dagegen das Halbmetall Germanium zum Einsatz. Es dient als Grundmaterial für Glasfaserkabel, wird aber auch als Trägermaterial für Solarzellen verwendet.
Auch Brennstoffzellen, Kondensatoren und besonders stabile Leichtbau-Materialien basieren auf einer ganzen Reihe von Metall-Rohstoffen, deren Namen man früher höchstens im Periodensystem der Elemente begegnet ist. Zu diese gehören unter anderem Rhenium und Scandium, aber auch Tantal oder das Seltenerdmetall Terbium.
Der Akku, der die Welt bewegt
Doch den vielleicht größten Zuwachs gibt es bei den Metallen, aus denen die Stromspeicher unserer mobilen Geräte bestehen – die Lithium-Ionen-Akkus. Sie sind heute fast schon allgegenwärtig und stecken in Handys, Tablets und Notebooks, aber auch in Elektroautos, Drohnen oder der Elektronik von Flugzeugen. Denn diese Akkus sind leicht, besitzen aber trotzdem eine relativ hohe Energiedichte und können unzählige Male auf- und wieder entladen werden.
Die entscheidenden Rohstoffe für diese „Arbeitspferde“ unserer modernen Technik sind die Metalle Lithium und Kobalt. Das Lithium liefert den Ladungsträger, der in Form von Lithiumionen zwischen den Polen des Akkus hin- und herwandert. Das Kobalt wird für die positive Elektrode der Batterie benötigt, die meist aus Lithium-Kobaltoxid (LiCo2) besteht. Beim Entladen wandern die Lithiumionen in die poröse Struktur dieser Elektrode ein und geben dort Elektronen ab.
Allein durch die zunehmende Elektromobilität, aber auch andere mobile Anwendungen steigt der Bedarf an diesen Batterierohstoffen rasant. Denn bisher sind trotz intensiver Forschung kaum konkurrenzfähige Alternativen zum Lithium-Ion-Akku marktreif.
Was aber bedeutet all dies für die künftige Versorgung mit den „neuen“ Metallrohstoffen?
