Seltene Erden aus Kohleasche könnten die Rohstoffversorgung verändern

Die Welt ist auf Metalle angewiesen.

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

Entgegen ihrer Bezeichnung sind REEs keineswegs besonders selten. Allerdings ist es kostspielig und schwierig, sie in verwertbarer Form zu gewinnen.

Wie Forschende zunehmend erkennen, enthalten Halden ausrangierter Abfallstoffe, die bei der Nutzung fossiler Brennstoffe zurückbleiben, enorme Mengen an REEs. Sie könnten eine heimische Quelle für diese Metalle darstellen.

REEs sind auf der Erde sehr ungleich verteilt. Chinesische Minen fördern rund 70 Prozent der Seltenen Erden, während China etwa 90 Prozent der weltweiten Verarbeitung schwerer Seltenen Erden übernimmt – und damit eine Monopolstellung innehat.

Für die Energiewende sind REEs unverzichtbar: Sie werden für Solarmodule, Batterien und Motoren von Windturbinen benötigt, ebenso für Medizin- und Verteidigungstechnik. So enthält ein F-35-Kampfjet beispielsweise rund 400 Kilogramm (900 Pfund) an REEs.

Viele Staaten betrachten eine unabhängige Lieferkette für Seltene Erden als zentral für nationale Sicherheit, technologische Nachhaltigkeit, wirtschaftliche Stabilität und energiepolitische Unabhängigkeit. Zugleich könnte sie den Übergang zu einer stärker kreislauforientierten Materialwirtschaft fördern.

Seltene Erden in Kohleasche

Erfreulicherweise scheinen große Mengen an REEs einfach verfügbar zu sein – gebunden in Abfällen aus verbrauchten fossilen Brennstoffen.

Eine 2024 von Geowissenschaftlern der University of Texas at Austin geleitete Studie kam zu dem Ergebnis, dass Kohleasche aus US-Kohlekraftwerken nahezu Seltene Erden im Wert von 100 Milliarden US-Dollar enthalten könnte, die sich wirtschaftlich sinnvoll gewinnen lassen.

Derzeit stammen ungefähr 70 Prozent der REE-Versorgung der USA aus Importen aus China. In Kalifornien gibt es nur eine bedeutende aktive REE-Mine in den USA. Sie liefert 16 Prozent des weltweiten Angebots an Seltenen Erden, doch dem Land fehlen eigene nationale Verarbeitungskapazitäten.

Die kreidige Kohleasche könnte sich dabei als besonders ergiebig erweisen. Sie entsteht beim Verbrennen von Kohle, die ihrerseits erst über Hunderte Millionen Jahre durch extreme Hitze und Druck entstand, als längst abgestorbene urzeitliche Pflanzen im Erdinneren verdichtet wurden.

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

Die geschätzten 11 Millionen US-Tonnen an REEs in zugänglicher Kohleasche entsprechen fast dem Achtfachen der US-amerikanischen Inlandsreserven.

Methoden zur Gewinnung von REEs aus Abfällen

Daher läuft weltweit ein Wettlauf um praxistaugliche Verfahren zur Extraktion.

An der australischen Monash University setzen Ingenieure umweltverträgliche Säuren ein, um REEs aus Kohleasche herauszulösen. In Pilotversuchen berichteten sie über eine 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 der Monash University.

Der Ansatz ist zudem vielseitig einsetzbar. Nach Angaben der Monash-Forschenden könnte ihre Methode bei entsprechender Skalierung und Kommerzialisierung auch auf andere verbreitete Abfallströme angewandt werden, darunter Elektroschrott sowie Tailings – das Material, das nach der Entfernung wertvoller Metalle aus gefördertem Erz zurückbleibt.

„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 Ressourcenrückgewinnung an der Monash University, gegenüber AAP. Eine stärkere Eigenständigkeit bei REEs könne damit auch ein „nationales Risiko“ angehen.

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

Die Ingenieure Ruchi Agrawal und Arthur Ragauskas berechneten, dass sich weltweit jährlich mehr als 300.000 US-Tonnen (272.000 metrische Tonnen) REEs aus Kohleasche gewinnen ließen – „bei Weitem mehr als der weltweite Bedarf“.

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

Forschende der Northeastern University arbeiten an diesem Problem. Indem sie Kohle-Tailings vorbehandeln, steigern sie die Ausbeute konventioneller Extraktionsmethoden auf das Dreifache.

Weitere Möglichkeiten werden ebenfalls untersucht.

Dazu gehören „grüne“ Auslaugungslösungen mit unterschiedlichen Stoffen wie Säuren, elektrochemische Extraktionsverfahren sowie naturbasierte Ansätze. Letztere nutzen etwa von Mikroben erzeugte Metaboliten, die REEs auf umweltfreundliche Weise aus Abfällen ausfällen.

Darüber hinaus könnte Phytomining „Hyperakkumulator-Pflanzen“ einsetzen, die REEs in ihrem Gewebe anreichern. Diese Naturwunder könnten so 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 Baumaterial bereitzustellen: Was haben Pflanzen in letzter Zeit schon für uns getan?

Skalierbarkeit und Umweltbilanz der Extraktion

Jede dieser Methoden hat jedoch Vor- und Nachteile, vor allem hinsichtlich ökologischer Nachhaltigkeit, Ressourcenbedarf, Skalierbarkeit und Komplexität.

Für eine erfolgreiche Gewinnung muss der richtige Mittelweg gefunden werden: hochwertige REEs müssen kosteneffizient und energieeffizient erzeugt werden.

Ob eines dieser Verfahren im großen Maßstab erfolgreich sein wird, muss sich 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 Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.