Computersimulation ermöglicht Einsparungen bei begehrten Rohstoffen. | High-Tech-Produkte könnten daher künftig weniger Seltene Erden benötigen für den Betrieb. | Wien. Erdöl ist nach wie vor die Haupt-Energiequelle der Welt. Doch selbst wenn es bald gelingt, auf andere Treibstoffe umzusteigen, lassen sich die Technologien der Zukunft nicht ohne Rohstoffe bauen und betreiben. Viele Rohstoffe der Zukunft wachsen jedoch nicht im Grünen, sondern lagern unter der Erde in Ländern, die deren Export beschränken.
Der Industrie macht vor allem das Monopol Chinas bei "Seltenen Erden" (das sind Metalle mit besonderen chemischen Eigenschaften) Sorgen. 95 bis 97 Prozent dieser begehrten Metalle werden in China abgebaut. Sie sind der Schlüssel zur Hochtechnologie des 21. Jahrhunderts. Ohne Neodym, Lanthan oder Dysprosium geht bei High-Tech-Produkten nichts. Dank ihrer besonderen chemischen Eigenschaften sind sie grundlegend für Elektro- und Hybridmotoren, Internethandys, Glasfaserkabel, die Rüstungsindustrie und Windkraftwerke. Jedoch ist ihre Menge begrenzt.
Mit 150.000 Tonnen Jahresproduktion sind Seltene Erden zwar gar nicht so selten. Doch sie sind schwer zu gewinnen. Westliche Industrieländer werfen China vor, das Angebot künstlich zu verknappen. Einem Lieferengpass steht ein global rasant wachsender Bedarf gegenüber. Während der politische Konflikt nicht offen ausgetragen wird, laufen in den USA, Japan und Europa Bemühungen, die Verwendung von seltenen Erden zu optimieren. Einen Ansatz liefern nun Forscher der Fachhochschule Sankt Pölten. Sie zeigen in der Computer-Simulation, wie der Anteil von Dysprosium in Magneten, die Elektromotoren und Windkraftwerke betreiben, um bis zur Hälfte reduziert werden kann.
"Jeder Magnet, der in Motoren und Kraftwerken verwendet wird, muss heute Dysprosium enthalten, damit er bei hohen Temperaturen seine Eigenschaft behält", erklärt Projektleiter Thomas Schrefl von der Fachhochschule Sankt Pölten: Ohne dem chemischen Element im Magnet fährt kein Hybridauto weiter als ein paar Kilometer. Jedoch käme Dysprosium häufig zusammen mit radioaktiven Materialien vor. Einzig in China gebe Vorkommen ohne Radioaktivität.
Eine Million Elektroautos
Schrefl und seine Kollegen im Rahmen des vom Wissenschaftsfonds geförderten Projekts können nun ausrechnen, wie man Magnet-Legierungen mischen müsste, damit sie weniger Dysprosium benötigen, jedoch ihre magnetische Qualität auch bei hohen Temperaturen behalten. "Das Ausgangsmaterial von Magneten ist ein Pulver, das zusammengesetzt wird. Wo mehrere Körner zusammentreffen, kann die Kristallstruktur gestört werden - was die Ausrichtung der Magnetisierung ändert. Normalerweise füllen wir diese Störungen mit Dysprosium. Wenn wir jedoch das Korn anders zusammensetzen, können wir den Dysprosium-Anteil verringern", so Schrefl.
Gefunden wurden die Störungen vom atomaren bis zum sichtbaren Größenbereich. Bisherige Simulationsverfahren konnten diese Spannweite nicht abdecken. Schrefl rechnet damit, dass alternative mathematische Herstellungsmethoden für Magneten in den kommenden drei Jahren einsatzfähig sein werden. Bei einer Million verkauften Elektro- und Hybridautos (2011) und zehn Prozent des Metalls in jedem Magnet in ihren Motoren und Batterien ist das nicht wenig.