Brutstätte für Diamanten

Das Ei des Kolumbus hat eine Schale aus mattem Edelstahl, ist eineinhalb Meter hoch und steht im Keller des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg. In seinem Inneren schimmert ein bläuliches Licht, und es geschieht Magisches. Innerhalb von zehn Tagen wachsen in dem Reaktor namens "Obelix" 600 lupenreine Diamanten mit jeweils 0,3 Karat (0,06 Gramm). Natursteine dieser Menge und Größe können einen Marktwert von bis zu 200000 US-Dollar haben. "Das ist weltweit einzigartig", sagt Christoph Nebel, Abteilungsleiter beim IAF und gewissermaßen Vater von "Obelix".

Industriell erzeugte Ware gibt es zwar schon lange. Abnehmer sind Hersteller von Sägeblättern, Bohrköpfen und anderen Schneidewerkzeugen, aber auch in der optischen Industrie und zur Beschichtung von stark genutzten Oberflächen werden sie eingesetzt. Doch im Vergleich zu den Diamanten aus Obelix sind das eher Kieselsteine: etwas unschön und längst nicht so rein. Nun aber machen sich die ersten Forscher und Firmengründer daran, den denkbar anspruchsvollsten Teil des Edelsteinmarktes zu erobern: jenen für Schmuck. Laut Diamantenzüchter Nebel sind seine Kunststeine sogar reiner als ihre natürlichen Vorbilder. "Natürliche Diamanten weisen sogenannte Inklusionen oder Einschlüsse auf. Dabei handelt es sich um Fremdstoffe wie Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe. Synthetische Diamanten lassen sich dagegen sehr rein herstellen."

Das Münchner Start-up coat6 hat sich bereits die Lizenzrechte für Nebels Maschine gesichert, um damit Diamanten für Ringe zu fertigen. Ein namentlich nicht genannter internationaler Investor ist mit an Bord. Auch andere Unternehmen steigen in das Geschäft mit den künstlichen Klunkern ein. Die in Singapur ansässige Firma IIa Technologies (IIa ist die Bezeichnung für lupenreine weiße Diamanten) verkündete im vergangenen Jahr, dass sie die weltweit größte Anlage für "man- made diamonds" in Betrieb genommen hat. 200 Maschinen sollen dort Steine in bester Schmuckqualität produzieren.

Auch sie funktionieren wie Nebels Maschine mit der Mikrowellen-Plasma-Methode (MPCVD, Microwave Chemical Vapor Deposition). Ausgangsstoff ist ein billiges Gasgemisch, das zu 98 Prozent aus Wasserstoff besteht, der Rest aus Methan und weiteren Gasen. Ein Mikrowellengenerator zündet in dem Gemisch ein Plasma, dabei entstehen Methan-Radikale, die sich auf Plättchen aus natürlichen Diamanten ablagern. In Freiburg sind sie drei mal drei Millimeter groß, in Singapur 7,5 mal 7,5 Millimeter. Entsprechend größer sind dort dann auch die Kunstklunker.

Ohne die Basisedelsteine geht es nicht: "Diamant kann nur auf Diamant wachsen, nur so ordnen sich die Kohlenstoffatome zu einem Diamantgitter", erklärt Nebel. Doch die Substrate lassen sich immer wieder neu verwenden, die gezüchteten Diamanten werden einfach davon abgeschnitten. Das teuerste an dem Verfahren ist die Energie: Eine zwei Millimeter dicke Schicht von 0,3 Karat kostet in der Herstellung etwa zwischen 70 und 100 Euro pro Stein. Natursteine dieser Größe und Qualität lägen bei geschätzten 300 Euro.

Doch das ist nichts im Vergleich zu dem Aufwand, mit dem üblicherweise Kunstdiamanten produziert werden. Beim HPHT (High Pressure High Temperature) genannten Verfahren vollbringen riesige Pressen und große Hitze den Prozess, der in der Natur Millionen von Jahren dauert. Damit bekommen die etablierten Diamantenhändler wie De Beers, Rio Tinto oder die Dominion Diamond Corporation mächtig Konkurrenz.

81 Milliarden Dollar groß war ihr Markt 2014. Und noch vor wenigen Jahren konnten die Minenbetreiber mit weiter steigenden Gewinnen rechnen. Denn laut einer Studie von Bain & Company und dem Antwerp World Diamond Centre aus dem Jahr 2015 soll der Bedarf an Rohdiamanten in fünf Jahren das weltweite Angebot übersteigen. Als Folge wären früher die Preise geklettert und damit die Gewinne der Minenbetreiber. Heute, im Zeitalter der Kunstdiamanten, dürfte eher das Angebot steigen.

Die Industrieware mag den Charme vermissen lassen, Tausende Meter im Erdinneren unter gewaltigen Drücken entstanden zu sein. Ihnen mag die Faszination fehlen, Splitter jener Kräfte zu sein, die unsere Erde formten und weiter formen. Aber Kunstdiamanten haben einen Vorteil: Sie sind ethisch makellos. Mit dem Handel sogenannter Blutdiamanten finanzierte unter anderem der Rebellenführer Charles Taylor in Sierra Leone in den 1990er-Jahren seine Bürgerkriegstruppen. Bis heute sind viele Diamantenminen in Afrika in den Händen skrupelloser Ausbeuter. Über viele Zwischenhändler gelangen sie nach wie vor bis in die Läden der reichen Länder. Woher ein Stein letztendlich stammt, lässt sich laut der Organisation Global Witness nicht immer nachvollziehen, bei zahlreichen Zwischenhändlern verlieren sich die Spuren.

Besonders clever hat diese Karte das US-Unternehmen Diamond Foundry ausgespielt. Ihm gelang es, den Schauspieler Leonardo DiCaprio zu überzeugen, finanziell einzusteigen. Mit seiner Rolle im Kinofilm "Blood Diamond" lenkte er auf drastische Weise den Blick auf die finstersten Seiten des Diamantenhandels. Nun twitterte der Hollywood-Mime: "Ich bin stolz darauf, in Diamond Foundry zu investieren – ein Unternehmen, das die Belastung für Mensch und Umwelt verringert, indem es Diamanten nachhaltig kultiviert." Neben Leonardo DiCaprio ist vor allem das Who's who im Silicon Valley dabei – unter anderem Andrew McCollum, Mitgründer von Facebook, oder Andreas von Bechtolsheim, Gründer von Sun Microsystems.

Insgesamt 100 Millionen Dollar konnte das Start-up aus Kalifornien bei Investoren einwerben. Diamond Foundry lässt die Steine von ausgewählten Designern zu Schmuckstücken verarbeiten und vertreibt sie übers Internet. Bei der Qualität müssten die Kunden keine Abstriche machen, heißt es auf der Homepage: Kein Experte könne Natur- von Kunststeinen unterscheiden.

Die etablierten Hersteller hingegen müssen hoffen, dass ihnen die Käufer ihre Bemühungen um saubere Edelsteine abnehmen. Länder wie die Elfenbeinküste, aus denen nachweislich immer noch Konfliktdiamanten stammen, stünden heute auf der schwarzen Liste des internationalen Diamantenhandels, versichert Jeanette Fiedler, Geschäftsführerin der Stiftung Deutsches Diamant Institut. Für sie ist das Gewissensargument daher vor allem eine gute Masche: "Die Hersteller versuchen, künstlich eine Nachfrage nach sozial verträglichen und nachhaltigen Steinen aufzubauen, indem sie viel Geld in Kampagnen stecken." Noch verfange die Strategie nicht. Bei Schmuckhändlern in Deutschland gebe es nach ihrem Wissen jedenfalls bislang keine nennenswerte Nachfrage nach synthetischen Steinen.

"Aber das kann sich in den kommenden Jahren ändern", gibt Fiedler zu. Dann könnte das nächste Glaubwürdigkeitsproblem auf die Branche zukommen: Fiedler befürchtet, dass Händler übers Internet künstlich erzeugte Edelsteine verkaufen, die nicht als solche deklariert sind. "Wenn jemand eine Perlenkette kauft, möchte er ja auch wissen, ob sie aus Zuchtperlen besteht oder aus Naturperlen." Die Gewinnspanne des Betrugs wäre gigantisch: Der Marktpreis für Kunstdiamanten würde mit einem Federstreich um 40 Prozent steigen. Etwa so viel liegt er Fiedler zufolge derzeit unter dem Preis für Natursteine.

Nebel nutzt derweil seine Diamantenmaschine, um die nächste Branche umzukrempeln. Er möchte die extrem gut kontrollierbare Produktion im Obelix nutzen, um Halbleiter auf Diamantbasis herzustellen. Durch die Zugabe von Bor oder Phosphor lassen sich die synthetischen Steine in Dioden oder Transistoren verwandeln. "Die wichtigen elektrischen Eigenschaften sind – insbesondere bei einkristallinem Diamant – deutlich besser als bei Silizium", sagt Nebel. Diamant besitzt zum Beispiel eine höhere thermische Leitfähigkeit als Silizium und braucht auch bei hoher Wärmeeinwirkung keine Kühlung. Er ist enorm strahlungsbeständig, was ihn zur Detektion harter Strahlung prädestiniert und eine Zukunft in Satelliten verspricht. Zu guter Letzt ist Diamant extrem hart und mechanisch stark belastbar.

Anfang des Jahres startete das IAF in Freiburg gemeinsam mit 13 Partnern das EU-Projekt "Green Diamond", um Prototypen für elektronische Bauteile aus den Kunststeinen zu entwickeln. Besonders geeignet sind dafür laut Nebel jene monokristallinen Varianten, die er in seinem Reaktor herstellen kann. Perfekt wäre, ließen sich auf diese Weise ganze Wafer züchten. Einem Team um Matthias Schreck von der Universität Augsburg gelang es nach eigener Aussage bereits, "einkristallinen Diamant auf 100-Millimeter-Scheiben" wachsen zu lassen. Doch für die Halbleiterindustrie braucht es viel größere Mengen als derzeit möglich.

Zudem muss Schrecks Team noch die Fehlerrate in der Kristallstruktur senken. Aber wenn die industri-elle Umsetzung klappt, wären derartige Wafer nach Nebels Meinung der Durchbruch. Er hofft, dass elektronische Komponenten aus Diamant Solaranlagen, Windparks und Hochspannungsnetze effizienter machen können. Dann wären die Kunstklunker nicht nur unblutig, sondern auch noch grün. (bsc)