Elektrokinetische Bergbautechnik: Seltene Erden ökologischer abbauen

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Ein Wissenschaftsteam aus Metallurgen und Geochemikern des Guangzhou Institute of Geochemistry hat ein älteres Konzept eines Maschinenbauingenieurs der Chinese Academy of Sciences verbessert, um den Abbau Seltener Erden umweltfreundlicher zu gestalten. Die Wissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit dem Ingenieur seine elektrokinetische Bergbautechnik so angepasst, dass sie im industriellen Maßstab angewendet werden kann. Erste Tests in einem Bergwerk bestätigen die ökologische Wirksamkeit des Verfahrens.

Seltene Erden werden in vielen technischen Geräten wie Computern, Smartphones und Elektroautos benötigt. Der Abbau dieses Rohstoffs erfolgt jedoch mit hohen Umweltschäden. Denn um das seltene Material zu gewinnen, müssen riesige Mengen an Gestein bewegt und mit extremen Mengen an Wasser und verschiedenen giftigen Chemikalien vermischt werden, um sie an die Oberfläche zu holen. Das führt in den entsprechenden Abbaugebieten zu einer starken Umweltbelastung und führt zu einer ökologischen Vernichtung ganzer Landstriche. Hinzu kommt die schwierige Beseitigung tausender Tonnen giftiger Abfälle.

Das chinesische Wissenschaftsteam hat nun die elektrokinetische Bergbautechnik verfeinert und auf ein industriell nutzbares Verfahren skaliert, wie sie in der Studie "Industrial-scale sustainable rare earth mining enabled by electrokinetics" beschreiben, die in Nature Sustainability erschienen ist.

Die Abbaumethode nutzt dazu ein unterirdisch angelegtes elektrisches Feld, das mithilfe leitfähiger Kunststoffelektroden (Conductive Plastic Electrodes – CPE) unter der Erde erzeugt wird. Die Elektroden bestehen aus einem Mix aus Kunststoff und leitfähigem Material. Sie lassen sich einfach auf die benötigten Längen zurechtschneiden und werden in mehrere Bohrlöcher einzeln eingebracht. Außerdem wird Ammoniumsulfat rund um die Bohrlöcher in die Mine injiziert.

Zur Aktivierung der Elektroden und dem Aufbau eines elektrischen Feldes zwischen positiv und negativ geladenen Elektroden wird sehr viel Strom benötigt. Ist es aufgebaut, werden durch das elektrische Feld die seltenen Elemente zur negativen Kathode bewegt. Dadurch konzentrieren sie sich stärker an einer Stelle, und es muss jeweils nur ein kleiner Teil der Lagerstätten abgebaut werden.

Hohe Effizienz

Die Wissenschaftler haben das Verfahren bereits in der Praxis erprobt. Sie platzierten insgesamt 176 CPEs in einem Abbaugebiet. Herkömmliche Verfahren erreichen in etwa eine Effizienz zwischen 40 und 60 Prozent. Mit der elektrokinetischen Technik konnte die Effizienz auf 95 Prozent gesteigert werden. Hinzu kommt, dass bei herkömmlichen Verfahren auch Ammoniakemissionen entstehen. Diese konnten beim neuen Verfahren um 95 Prozent reduziert werden.

Allerdings räumen die Forscher ein, dass der hohe Energieverbrauch zur Erzeugung des unterirdischen elektrischen Feldes die ökologische Bilanz zunichtemachen kann, sollte die Energie aus fossilen Energieträgern gewonnen werden. Die Wissenschaftler raten deshalb dazu, den nötigen Strom aus erneuerbaren Energien zu beziehen.

(olb)