Seltene Erden aus Kohleasche könnten die Versorgung sichern

Die Welt ist auf Metalle angewiesen.

Ohne 17 besonders wertvolle Metalle, die als Seltene Erden (REEs) bezeichnet werden, wären heutige Technologien, Industrien und Infrastrukturen nicht denkbar. Sie stecken unter anderem in Computern, Flugzeugen und Autos.

Entgegen ihrer Bezeichnung sind REEs keineswegs besonders selten. Ihre Gewinnung in verwertbarer Form ist allerdings aufwendig und teuer.

Wie Forschende zunehmend feststellen, bergen Halden mit Abfallstoffen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe enorme Mengen an REEs. Diese Rückstände könnten eine heimische Quelle für die wichtigen Metalle darstellen.

Die Vorkommen seltener Erden sind weltweit ungleich verteilt. Chinesische Bergwerke fördern rund 70 Prozent der REEs und übernehmen etwa 90 Prozent der weltweiten Verarbeitung schwerer seltener Erden – eine marktbeherrschende Stellung.

Für die Umstellung auf saubere Energie sind REEs unverzichtbar: Sie werden für Solarmodule, Batterien und Motoren von Windturbinen ebenso benötigt wie für Medizin- und Verteidigungstechnik. In einem F-35-Kampfjet stecken beispielsweise rund 400 Kilogramm Seltene Erden.

Viele Staaten betrachten eine eigenständige Lieferkette für REEs als entscheidend für nationale Sicherheit, technologische Nachhaltigkeit, wirtschaftliche Stabilität und energiepolitische Unabhängigkeit. Zudem könnte sie eine stärker kreislauforientierte Rohstoffwirtschaft fördern.

Seltene Erden in Kohleasche

Glücklicherweise scheinen zahlreiche REEs gewissermaßen bereits verfügbar zu sein – eingeschlossen in Abfällen aus verbrauchten fossilen Brennstoffen.

Eine 2024 von Geowissenschafterinnen und Geowissenschaftern der University of Texas at Austin geleitete Studie kam zu dem Ergebnis, dass Kohleasche aus US-Kohlekraftwerken wirtschaftlich gewinnbare REEs im Wert von nahezu 100 Milliarden US-Dollar enthalten könnte.

Derzeit stammen rund 70 Prozent der US-Versorgung mit REEs aus Importen aus China. In Kalifornien betreibt die USA nur eine bedeutende aktive Mine für Seltene Erden. Sie liefert 16 Prozent des weltweiten Angebots, während dem Land eigene Verarbeitungskapazitäten fehlen.

Die kreidige Kohleasche könnte sich dabei als besonders ergiebig erweisen. Sie entsteht beim Verbrennen von Kohle, die wiederum erst durch Hunderte Millionen Jahre aus extremer Hitze und hohem Druck auf abgestorbene urzeitliche Pflanzen im Erdinneren entstand.

Nachdem der Großteil der Masse und der brennbaren Bestandteile der Kohle verbrannt ist, kann die REE-Konzentration in der zurückbleibenden Asche bis zu zehnmal höher sein als in unverbrannter Kohle. Damit steht bereits gefördertes Ausgangsmaterial für kritische Rohstoffe zur Verfügung.

Die geschätzten 11 Millionen US-Tonnen REEs in zugänglicher Kohleasche entsprechen beinahe dem Achtfachen der heimischen Reserven der USA.

Neue Verfahren zur Gewinnung von REEs

Daher läuft weltweit ein Wettlauf um praxistaugliche Verfahren zur Extraktion.

An der Monash University in Australien setzen Ingenieurinnen und Ingenieure umweltverträgliche Säuren ein, um REEs aus Kohleasche herauszulösen. Bei Pilotversuchen berichteten sie von einer Rückgewinnung von 90 Prozent aller 17 Elemente.

„Die Bedeutung dieser Arbeit liegt in ihrer doppelten Wirkung: Sie verringert Umweltabfälle und sichert zugleich die heimische Versorgung mit kritischen Mineralien“, erklärt der Chemieingenieur Sankar Bhattacharya von Monash.

Der Ansatz ist zudem vielseitig einsetzbar. Nach Angaben des Monash-Teams könnte das Verfahren nach einer Skalierung und Kommerzialisierung auch bei anderen verbreiteten Abfallströmen genutzt werden, etwa bei Elektroschrott und bei Tailings. Damit ist jenes Material gemeint, das nach der Abtrennung wertvoller Metalle aus abgebautem Erz übrig bleibt.

„Wir müssen keine neuen Minen erschließen. Wir können etwas nutzen, das bereits verarbeitet wurde und einfach auf einer Deponie liegt“, sagte Bennet Thomas, Ingenieur für nachhaltige Rohstoffrückgewinnung an der Monash University, gegenüber AAP. Eine stärkere Eigenversorgung mit REEs könne damit ein „nationales Risiko“ verringern.

Auch eine 2025 im Journal of Environmental Management veröffentlichte Arbeit unterstreicht das bislang ungenutzte Potenzial von Kohleasche.

Die Ingenieurinnen und Ingenieure Ruchi Agrawal und Arthur Ragauskas errechneten, dass sich aus Kohleasche weltweit jährlich mehr als 300.000 US-Tonnen beziehungsweise 272.000 Tonnen REEs gewinnen ließen – „weit mehr als die weltweite Nachfrage“.

Herkömmliche Extraktionsverfahren haben jedoch zahlreiche Nachteile, darunter geringe Ausbeuten und giftige Abfälle aus der Nachbehandlung.

Forschende an der Northeastern University arbeiten an diesem Problem. Durch die Vorbehandlung von Kohle-Tailings konnten sie die Ausbeute konventioneller Gewinnungsmethoden verdreifachen.

Nachhaltige Alternativen und ihre Grenzen

Auch andere Möglichkeiten werden wissenschaftlich untersucht.

Dazu zählen „grüne“ Auslaugungslösungen mit unterschiedlichen Substanzen wie Säuren, elektrochemische Extraktionsmethoden sowie naturbasierte Ansätze. Bei Letzteren können von Mikroben erzeugte Metaboliten REEs auf umweltfreundliche Weise aus Abfällen ausfällen.

Darüber hinaus könnte Phytomining „Hyperakkumulator-Pflanzen“ einsetzen, die REEs in ihrem Gewebe anreichern. So würden diese Naturtalente für uns arbeiten – denn abgesehen davon, Kohlenstoff zu speichern, Sauerstoff zu erzeugen, die Luft zu reinigen, Städte zu kühlen, unsere Welt zu verschönern sowie Nahrung und Baumaterialien bereitzustellen: Was haben Pflanzen in letzter Zeit schon für uns getan?

Jede dieser Methoden bringt allerdings eigene Vor- und Nachteile mit sich. Diese betreffen vor allem ökologische Nachhaltigkeit, Ressourcenbedarf, Skalierbarkeit und Komplexität.

Die Gewinnung muss den richtigen Ausgleich finden, um hochwertige REEs kostengünstig und energieeffizient bereitzustellen.

Ob eines dieser Verfahren im großen Maßstab erfolgreich sein wird, muss sich erst noch zeigen.

Die Forschungsergebnisse wurden im Journal of Coal Science & Technology und im Journal of Environmental Management veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Clare Watson auf seine Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prüfprozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.