Rohstoffe 18.12.2020, 07:00 Uhr

Drohnen machen Jagd auf seltene Erden

Die Elektronik-Branche benötigt dringend Rohstoffe, doch so manches Vorkommen lässt sich vom Boden aus kaum entdecken. Eine Lösung haben Wissenschaftler im Blick: Drohnen mit modernster technischer Ausstattung.

Seltene Erden sind begehrt. Mit Drohnen könnte man neue Vorkommen erschließen.
Foto: panthermedia.net/Antoine2K

Seltene Erden sind begehrt. Mit Drohnen könnte man neue Vorkommen erschließen.

Foto: panthermedia.net/Antoine2K

Ohne sie läuft im wahrsten Sinne des Wortes nichts: Seltene Erden sind in Elektroautos, Windkraftanlagen, Computern aller Art, Smartphones und Displays zu finden. Schätzungsweise 120 Millionen Tonnen an Oxiden seltener Erden soll es weltweit noch geben, schätzt die US-amerikanische Geological Survey (USGS). Die wichtigsten Vorkommen liegen in China (44 Millionen Tonnen), Brasilien und Vietnam (je 22 Millionen Tonnen) sowie in Russland (12 Millionen Tonnen). Weltweit werden pro Jahr 210.000 Tonnen gefördert (2019). Zehn Jahre zuvor waren es nur 124.000 Tonnen.

Mineralische Ressourcen werden immer knapper und sind immer schwerer zu finden. Meist sind umfangreiche, teure und auch wenig umweltfreundliche Erkundungen vor Ort. Nach der geologischen Forschung müssen Proben noch ins Labor geschickt und analysiert werden. Das kostet Zeit. Doch der Bedarf wächst. Ingenieure am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf hatten eine Idee. Sie statten Drohnen mit speziellen Kameras aus, um anhand von Spektraldaten Ressourcen mit seltenen Erden zu identifizieren.

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
Rheinmetall AG-Firmenlogo
Systemingenieur Signalverarbeitung & Kameratechnik (m/w/d) Rheinmetall AG
Jungheinrich Norderstedt AG & Co. KG-Firmenlogo
Projektleiter Entwicklung Embedded Software (m/w/d) Batterien und Ladegeräte Jungheinrich Norderstedt AG & Co. KG
Norderstedt Zum Job 
ELE Verteilnetz GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik als Teamleiter Schaltanlagen Planung und Bau (m/w/d) ELE Verteilnetz GmbH
Gladbeck Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Mercer Stendal GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker Automatisierungstechnik (m/w/d) Mercer Stendal GmbH
Arneburg Zum Job 
empact GmbH-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) - Konzeptionierung & Dekarbonisierung empact GmbH
Berlin, Köln, München, Frankfurt Zum Job 
Kölner Verkehrs-Betriebe AG-Firmenlogo
Koordinator*in im Arbeits-, Brand- und Umweltschutz Kölner Verkehrs-Betriebe AG
Valmet GmbH-Firmenlogo
Project Engineer for Process Gas Chromatographs (m/f/d) Valmet GmbH
Karlsruhe Zum Job 
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.-Firmenlogo
Versorgungsingenieur/in oder Elektroingenieur/in (w/m/d) Projektsteuerung von Baumaßnahmen als Baumanager/in in der Bauherrenfunktion Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Dräger Safety AG & Co. KGaA-Firmenlogo
Vertriebsingenieur / Vertriebsmitarbeiter Gasmesstechnik / Sicherheitstechnik (m/w/d) Dräger Safety AG & Co. KGaA
Düsseldorf, Leverkusen, Köln Zum Job 
Menlo Systems GmbH-Firmenlogo
Development Engineer (m/f/d) for photonic integrated circuitry (PIC) Testing & Packaging Menlo Systems GmbH
Planegg Zum Job 
Siegfried PharmaChemikalien Minden GmbH-Firmenlogo
Expert*in Computersystemvalidierung (CSV) Siegfried PharmaChemikalien Minden GmbH
Stadtwerke Wiesbaden Netz GmbH-Firmenlogo
Planungsingenieur (m/w/d) Elektrische Verteilnetze Stadtwerke Wiesbaden Netz GmbH
Wiesbaden Zum Job 
Jacobs-Firmenlogo
Assembly Supervisors (m/w/d) für die Bereiche Instrumentierung/ Elektrotechnik/ Mechanik/ Rohrleitungsbau/ Stahlbau/ Kabeltragsysteme Jacobs
Duisburg Zum Job 
KNDS Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Qualitätssicherung - Spezialist Supplier Quality (m/w/d) KNDS Deutschland GmbH & Co. KG
KNDS Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Projektleiter (m/w/d) Panzerhaubitze 2000 KNDS Deutschland GmbH & Co. KG
KNDS Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Softwareentwickler (m/w/d) Embedded Systems KNDS Deutschland GmbH & Co. KG
Wacker Chemie AG-Firmenlogo
Betreuungsingenieur EMR (w/m/d) Wacker Chemie AG
Nünchritz Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Elektrotechnik / Ausbildung zum Sachverständigen Elektrotechnik (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Frankfurt am Main Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Ausbildung zum Prüfingenieur / Sachverständiger (m/w/d) für den Tätigkeitsbereich Fahrzeugprüfung und Fahrerlaubnisprüfung TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Frankfurt am Main Zum Job 

Klimastrategie: Was jeder CEO im Bergbau wissen sollte

Mit Spektraldaten auf der Spur von seltenen Erden 

„Das Gebiet der Explorationstechnologien entwickelt sich derzeit rasant“, erzählt René Booysen, Wissenschaftlerin am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. „Wir setzen auf Drohnen mit Hyperspektralsensoren, um seltene Erden an der Erdoberfläche zu erfassen.“ Ihr Verfahren hat mehrere Vorteile: Große Gebiete lassen sich in vergleichsweise kurzer Zeit erkunden – selbst wenn diese aufgrund geologischer Einschränkungen schwer zugänglich sind. Und nicht zuletzt ist der Ansatz ökologisch akzeptabler, verglichen mit Erkundungen vor Ort.

Ein Blick auf die Technik: Das Team um Booysen machte sich eine spezielle Eigenschaft von Lagerstätten zunutze. Neodym, ein wichtiges Element der seltenen Erden, absorbiert elektromagnetische Wellen im Bereich des sichtbaren bis nahen Infrarotlichts charakteristisch. Es kann deshalb als Schlüsselelement bei explorativen Arbeiten herangezogen werden. In der Praxis arbeiten Ingenieure mit der reflektierenden Spektroskopie. Das Verfahren wird auch Hyperspectral Imaging oder HSI genannt und ist per se nicht neu. Hyperspektralsensoren wurden schon an Flugzeugen oder an Satelliten befestigt, um beispielsweise aufgrund von Reflexionseigenschaften die Vegetation oder Bodenformationen zu erfassen. Sie arbeiten mit Wellenlängen vom ultravioletten Bereich bis zum langwelligen Infrarot. Doch die Ingenieure aus Rossendorf hatten noch eine weitere Idee.

Wie das Coronavirus die globalen Wertschöpfungsketten beeinflusst

Erkundung unwegsamer Gelände per Drohne  

„Wir verwenden zwei Arten von Drohnen: einen Starrflügler zur schnellen Erfassung photogrammetrischer Daten als Grundlage für digitale Oberflächenmodelle und einen Multikopter für die HSI-Erfassung“, erzählt Booysen. Mit dem Starrflügler machten die Wissenschaftler sogenannte Nadir-Stereobilder. Nadir steht in der Geometrie, speziell in der Himmelsgeometrie, für den Fußpunkt gegenüber dem Zenit. Eine Kamera fertigte Schnappschüsse unter diesem Winkel an, und zwar im Bereich des sichtbaren Lichts mit den drei Bändern Rot, Grün und Blau (RGB). Ziel der Aufnahmen war, dreidimensionale Informationen über Geländestrukturen zu gewinnen. Daraus entstand ein Netzwerk aus Bodenkontrollpunkten. Die Drohne selbst, ein handelsübliches Modell, trägt den HSI-Sensor.

Soweit die Theorie. Um ihre neue Erkundungstechnik auch unter Praxisbedingungen zu testen, wählten die Forscher Regionen aus, in denen Mineralien mit seltenen Erden theoretisch vorkommen könnten. Dazu gehörte der Alkali-Karbonatit-Komplex Marinkas Quellen im Süden Namibias. Er lässt sich größtenteils nicht per Auto durchqueren, was ihn für neue Technologien interessant macht. Auch die geologischen Formationen mit Carbonaten, Phosphaten und Oxiden stellen ein realistisches Szenario dar. Hinzu kam ein Areal in der Gegend von Siilinjärvi, Finnland, nahe dem Polarkreis. Dort sind Karbonatite als wichtige Mineralien zu finden. In beiden Gegenden wählten die Forscher jeweils 10.000 Quadratmeter für ihre Untersuchungen aus.

Sie erfassten von der Luft aus sowohl spektroskopische als auch räumliche Daten der Areale. Außerdem war ein Team vor Ort, um Proben zu nehmen – teilweise für die Analyse vor Ort mit einem Kurzwellen-Infrarot-Feldspektrometer, teilweise auch für die nasschemische Untersuchung im Labor. Ziel war, die Fernerkundung zu evaluieren – mit Erfolg: „Unsere Lösung bietet den Vorteil schneller Durchlaufzeiten, niedrigschwelliger Erkennungsgrenzen und ist ideal zur Unterstützung aktiver Erkundungsarbeiten geeignet“, fasst Booysen zusammen.

Mehr zu Rohstoffen und zu Recycling: 

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.