Ein mysteriöses kosmisches Metall könnte die Krise der Seltenen Erden lösen

Seltenerdmetalle werden im Mittelpunkt der „grünen Revolution“ stehen, da sie Hochleistungsmagnete liefern, die in erneuerbaren Infrastrukturen wie Windkraftanlagen, High-Tech-Geräten und Elektroautos eingesetzt werden. Allerdings ist es nicht immer einfach, an diese begehrten Materialien zu kommen. Glücklicherweise könnte es eine Lösung in Form eines mysteriösen Metalls geben, das normalerweise im Weltraum gekocht wird.

Trotz ihres Namens sind Seltenerdmetalle nicht gerade selten, aber sie sind in relativ geringen Konzentrationen über die Erdkruste verstreut. Der Bergbau kann daher schwierig sein und seine eigenen Gefahren für die Umwelt mit sich bringen.

Derzeit dominiert China den Markt und belief sich 2017 auf rund 81 Prozent der weltweit beschafften Seltenerdmetalle. China hat bereits über ein mögliches Exportverbot für Seltenerdmetalle als Reaktion auf die geopolitischen Spannungen mit den USA und damit über die Zukunft ihrer Versorgung nachgedacht in einige Regionen ist ungewiss.

Die USA und andere Teile der Welt wollen konkurrieren. In Kalifornien gibt es beispielsweise die Mountain Pass-Mine, die einzige Abbau- und Verarbeitungsanlage für Seltene Erden in den USA. Dennoch wächst das Interesse an alternativen Optionen.

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„Seltene Erden gibt es auch anderswo, aber der Abbau ist äußerst störend: Man muss große Mengen an Material fördern, um eine kleine Menge seltener Erden zu erhalten. Aufgrund der Umweltauswirkungen und der starken Abhängigkeit von China wird dringend nach alternativen Materialien gesucht, die keine seltenen Erden erfordern“, sagte Professorin Lindsay Greer vom Department of Materials Science & Metallurgy der Universität Cambridge in einer Erklärung im Oktober 2022.

Im Jahr 2022 stießen Professor Greer und ihr Team auf eine mögliche Antwort: Tetrataenit, eine Eisen-Nickel-Legierung, die viele der magnetischen Eigenschaften von Seltenerdmetallen aufweist.

Bis vor Kurzem gab es eine große Hürde bei der Nutzung dieses kosmischen Minerals. Tetrataenit kommt in Meteoriten vor, die aus dem Weltraum gefallen sind. Seine Eigenschaften sind auf eine atomare Struktur zurückzuführen, die sich über Millionen von Jahren bildet, wenn ein Meteorit langsam abkühlt – nicht gerade das schnell und einfach herzustellende Mineral, das den Tag retten könnte.

In den 1960er Jahren gelang es Wissenschaftlern, künstliches Tetrataenit durch Bestrahlen von Eisen-Nickel-Legierungen mit Neutronen herzustellen. Diese Technik ist jedoch komplex und kostspielig und nicht für die Massenproduktion geeignet.

Dann, im Jahr 2022, kam es zum Durchbruch. Wissenschaftler der Universität Cambridge unter der Leitung von Professor Greer haben einen bemerkenswert einfachen Weg zur Massenproduktion von Tetrataenit gefunden.

Sie arbeiteten mit Eisen-Nickel-Legierungen und fanden heraus, dass Phosphor, ein Element, das auch in Meteoriten vorkommt, den Eisen- und Nickelatomen hilft, sich schneller zu bewegen. Dadurch können sich die Atome zu diesem komplex geordneten Stapel formieren, ohne Millionen von Jahren warten zu müssen. Ihrer Studie zufolge beschleunigte die richtige Kombination von Eisen, Nickel und Phosphor die Bildung von Tetrataenit um 11 bis 15 Größenordnungen.

„Das Erstaunliche war, dass keine besondere Behandlung erforderlich war: Wir schmolzen einfach die Legierung, gossen sie in eine Form und schon hatten wir Tetrataenit“, sagte Greer. „Die bisherige Meinung auf diesem Gebiet war, dass man Tetrataenit nur erhalten kann, wenn man etwas Extremes unternimmt, da man sonst Millionen von Jahren warten müsste, bis es sich bildet. Dieses Ergebnis stellt eine völlige Veränderung unserer Einstellung zu diesem Material dar.“

Es gibt immer noch Fragen darüber, ob dieses Verfahren zur Herstellung von Tetrataenit mit den gleichen magnetischen Eigenschaften verwendet werden könnte, die für die Entwicklung erneuerbarer Infrastrukturen erforderlich sind. Allerdings deutet diese Zufallsentdeckung darauf hin, dass Lösungen oft aus heiterem Himmel entstehen können.

[H/T: Beliebte Mechanik]