Kohleasche in den USA könnte Seltene Erden im Wert von 165 Milliarden US-Dollar enthalten

Die Rückstände aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe könnten einen Schatz an Seltenen Erden im Wert von Milliarden US-Dollar bergen.

In einer 2024 veröffentlichten Studie berechneten Geologinnen und Geologen, dass die Asche aus Kohle, die in fossilen Kraftwerken verbrannt wird, Seltene Erden im Wert von bis zu 165 Milliarden US-Dollar enthalten könnte. Davon könnten sich womöglich bis zu 97 Milliarden US-Dollar wirtschaftlich gewinnen lassen.

Ein Team unter Leitung von Geowissenschaftlern der University of Texas at Austin erklärt, dass die Rückgewinnung dieser Elemente den USA eine heimische Quelle dieser kritischen Rohstoffe eröffnen könnte. Damit ließen sich sowohl aufwendiger Bergbau als auch die Abhängigkeit von Importen verringern, die derzeit den Großteil der Seltenen Erden des Landes liefern.

„Das ist ein hervorragendes Beispiel für das Motto ,Aus Müll wird Wertstoff‘“, sagt die Geologin Bridget Scanlon von der Jackson School of Geosciences. „Im Grunde wollen wir den Kreislauf schließen, Abfälle nutzen und darin enthaltene Ressourcen zurückgewinnen, während wir zugleich die Umweltauswirkungen reduzieren.“

Seltene Erden in Kohleasche aus den USA

Seltene Erden, auch REEs genannt, umfassen 17 Elemente: die 15 Lanthanoide im Periodensystem sowie Yttrium und Scandium. In den USA gelten sie als „kritische Mineralien“ und sind für Hunderte Branchen und Technologien unverzichtbar, darunter Batterien, Windturbinen, Elektroautos und Smartphones.

Die USA verfügen selbst nur über begrenzte Reserven an Seltenen Erden. Stattdessen ist das Land fast vollständig auf Einfuhren angewiesen; der größte Anteil – rund 70 Prozent – stammt aus China.

Neuere Forschungsergebnisse deuten jedoch auf ein bislang unerschlossenes Vorkommen hin, das offen zutage liegt: die 52 Milliarden Tonnen Kohleasche, die US-Kraftwerke seit den 1950er-Jahren erzeugt haben.

So kommt es dazu: Kohle – uraltes, fossilisiertes Pflanzenmaterial – ist nicht rein. Während sie sich über Erdzeitalter hinweg bildet und verfestigt, nimmt sie Spuren anderer Stoffe auf. Diese Mengen sind so gering, dass sich ihre Gewinnung nicht lohnt; ihr Wert würde den Nutzen der Kohle als fossilen Brennstoff keinesfalls übersteigen.

Beim Verbrennen der Kohle geschieht jedoch etwas Bemerkenswertes. Brennbare Bestandteile wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel entweichen als Gase, während die nicht brennbaren Bestandteile zurückbleiben. Dazu zählen Tonminerale, Quarz und Seltene Erden.

Da der größte Teil der Kohlemasse als Rauch verschwindet, ist die Konzentration von Seltenen Erden in der verbleibenden glasartigen Asche 4 bis 10 Mal höher als in unverbrannter Kohle.

Diese Konzentrationen liegen zwar deutlich unter denen kommerziell abgebauter Erze. Die Aufbereitung von Kohleasche erfordert jedoch keinen zusätzlichen Rohstoffabbau, weil bereits gefördertes Material genutzt wird – daher könnte sich dieses Vorgehen lohnen.

Unter der gemeinsamen Leitung von Scanlon und dem Geologen Robert Reedy trug das Team jahrzehntelange Daten zur Zusammensetzung der Asche, zur Effizienz der Gewinnung und zu Lagerstätten von Abfällen in den gesamten USA zusammen. Nach ihrer Schätzung könnten in zugänglichen Kohleasche-Vorkommen aus den Jahren 1985 bis 2021 11 Millionen Tonnen Seltene Erden enthalten sein – fast achtmal so viel wie in den derzeitigen US-Reserven.

Der theoretische Gesamtwert der 15 Lanthanoid-REEs in sämtlicher US-Kohleasche beträgt rund 56 Milliarden US-Dollar. Je nach Standort sind 30–70 Prozent dieser Kohleasche zugänglich, wodurch sich der Gesamtwert der erreichbaren Asche auf 14 Milliarden US-Dollar verringert.

Die Lanthanoide, die sich aus dieser zugänglichen Kohleasche realistisch extrahieren lassen, haben den Forschenden zufolge einen Wert von bis zu 8,4 Milliarden US-Dollar.

Werden jedoch Yttrium und Scandium einbezogen, steigen diese Werte laut Studie stark an: Der gesamte Gesamtwert beträgt dann 165 Milliarden US-Dollar, von denen 97 Milliarden US-Dollar zurückgewonnen werden könnten.

Gewinnung von Seltenen Erden und Umweltfolgen

Bislang ist dies weitgehend theoretisch, denn geeignete Extraktionsverfahren werden noch untersucht. Dennoch ist der mögliche Schatz wertvoll genug, dass Wissenschaft und US-Regierung die Optionen ernsthaft prüfen.

„Neben der Stärkung der Energiesicherheit der USA durch die Erschließung von REE-Ressourcen könnte der wirtschaftliche Wert der Produktion dieser REEs dazu beitragen, die Kosten für die Sanierung nicht abgedichteter Aschedeponien oder -teiche in ökologisch gefährdeten Gebieten auszugleichen“, folgern die Forschenden.

„Das Potenzial zur Erschließung von REE-Ressourcen aus Kohleasche sollte weltweit in Ländern geprüft werden, in denen Kohleasche verfügbar ist.“

Es gibt zahlreiche weitere mögliche Quellen für Seltene Erden, doch auch bei vielen von ihnen könnte die Gewinnung schwierig sein.

In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise vorgeschlagen, dass Vulkane eine ergiebige Quelle der wertvollen Mineralien sein könnten.

„Erloschene, eisenreiche Vulkane werden häufig wegen ihres Eisenerzes abgebaut“, erläuterte der Geologe Michael Anenburg von der Australian National University bei The Conversation.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass bestehende Minen an solchen Standorten möglicherweise auch für die Produktion von Seltenen Erden umgerüstet werden können.“

Weitere Quellen: Vulkane und Pflanzen

Auch Pflanzen kommen als Quelle infrage. In einer erst diesen Monat veröffentlichten Untersuchung entdeckten Forschende einen Farn mit einer außergewöhnlichen Fähigkeit, die in seinem Gewebe verborgen ist: Er kann Seltene Erden aus metallhaltigen Böden aufnehmen und speichern und die Rohstoffe damit auf natürliche Weise aus dem Erdreich gewinnen.

„Seltene Erden sind kritische Metalle für saubere Energie und Hightech-Anwendungen, doch ihre Versorgung ist mit ökologischen und geopolitischen Herausforderungen verbunden“, erklärten der Geowissenschaftler Liuqing He von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seine Kolleginnen und Kollegen in ihrer Studie.

„Phytomining, eine umweltfreundliche Strategie, bei der Hyperakkumulator-Pflanzen Metalle aus Böden extrahieren, bietet Potenzial für eine nachhaltige Versorgung mit REEs, ist jedoch bislang kaum erforscht.“

Während Forschende diese Möglichkeiten untersuchen, steht außer Frage, dass viel davon abhängt, wie die Welt die Gewinnung dieser wertvollen Elemente künftig gestaltet.

Die Forschung zu Kohleasche wurde im November 2024 im International Journal of Coal Science & Technology veröffentlicht.