In Kohleminen schlummern Seltene Erden – jetzt können Forscher sie bergen
Auf Abraumhalden lagern Rohstoffe, nach denen die Industrie weltweit sucht. US-Forscher wollen sie jetzt bergen.
Braunkohletagebau in Deutschland. Auch hier könnten Spuren Seltener Erden schlummern.
Foto: picture alliance / photothek | Thomas Trutschel
E-Autos, Windräder, Smartphones: Viele Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts lassen sich nur mit seltenen Erden herstellen. Doch der Westen ist abhängig von Importen.
Umso erstaunlicher ist, was Forscher der South Dakota School of Mines and Technology nun entwickelt haben: Ein Verfahren, um die begehrten Rohstoffe aus Kohleabfall zu gewinnen. Eine entscheidende Rolle dabei spielen Bakterien.
Inhaltsverzeichnis
Welche Rohstoffschätze sich im Abraum verstecken
Wenn in einer Kohlemine gebaggert wird, landen Tonnen von Gestein auf der Halde: Deckschichten, die über der Kohle lagen, oder Asche, die bei der Verbrennung übrig bleibt. Beides gilt als wertloser Abfall.
Was viele nicht wissen: In diesem Abraum stecken nach Angaben der US-Forscher kleine Mengen jener Seltenen Erden, nach denen die Industrie weltweit händeringend sucht. Dazu gehören:
- Yttrium
- Dysprosium
- Erbium
- Ytterbium
- Gadolinium
Schlüsselrohstoffe, die zu Abhängigkeiten führen
Die Namen klingen exotisch, doch die Elemente stecken in ganz alltäglichen Produkten. Dysprosium macht beispielsweise die Magnete in Elektromotoren hitzebeständig, und Yttrium sorgt für die rote Farbe in LED-Bildschirmen. Gadolinium ist ein unverzichtbarer Bestandteil für Kontrastmittel in der Magnetresonanztomografie, Erbium verstärkt die Lichtsignale in Glasfaserkabeln.
Das Problem: Rund 60 % der weltweiten Förderung Seltener Erden entfallen laut einer Studie der Deutschen Rohstoffagentur (dera) auf China. Bei der Weiterverarbeitung liegt der Anteil sogar bei über 90 %. Jede neue Quelle ist daher strategisch bedeutsam. Umso interessanter ist das neue Verfahren aus South Dakota.
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Drei Schritte vom Abfall zum Rohstoff
An der Bergbau-Hochschule des US-Bundesstaats haben zwei Ingenieure nach dreijähriger Forschungsarbeit ein Verfahren entwickelt, das die vergessenen Schätze in der Abraumhalde bergen soll. Venkataramana Gadhamshetty, Professor für Umweltingenieurwesen, und Purushotham Tukkaraja, Professor für Bergbauingenieurwesen, beschreiben es in einer Pressemitteilung. Demnach kombinieren sie drei Disziplinen in einem dreistufigen Prozess: Physik, Chemie und Biologie.
- Schritt 1 – Zerkleinern: Im ersten Schritt werden die groben Gesteinsbrocken aus dem Abraum mechanisch aufgebrochen. Je kleiner die Fragmente, desto größer die Oberfläche, an der die eingeschlossenen Seltenen Erden zugänglich werden. Ohne diesen physikalischen Vorbereitungsschritt blieben die Elemente im Gestein eingesperrt.
- Schritt 2 – Herauslösen: Anschließend nutzen die Ingenieure umweltverträgliche Chemikalien, um die Seltenen Erden aus dem festen Gestein zu lösen und in eine Flüssigkeit zu überführen. In dieser Lösung schwimmen die Elemente, allerdings in extrem geringer Konzentration. Zum Vergleich: Besäße die Lösung das Ausmaß eines olympischen Schwimmbeckens, wären die Seltenen Erden darin nur wenige Tropfen.
- Schritt 3 – Einsammeln: Die Feinarbeit übernehmen Mikroorganismen. Die Bakterien nehmen die gelösten Seltenen Erden aus der Flüssigkeit auf und reichern sie in ihren Zellen an. Was verdünnt in großen Flüssigkeitsmengen schwimmt, wird so biologisch konzentriert. Das könne man mit der menschlichen Ernährung vergleichen, erklärt Gadhamshetty:
So wie Menschen Vitamine brauchen, benötigen Mikroorganismen bestimmte Spurenelemente. Wir verstehen diese Bedürfnisse und können die Bedingungen so optimieren, dass die Mikroben die Seltenen Erden auf natürliche Weise aufnehmen.
Worin der Durchbruch besteht
Herkömmliche Verfahren zur Gewinnung Seltener Erden setzen auf starke Säuren und Lösungsmittel. Diese erzeugen große Mengen an toxischem Abwasser. Auch deswegen findet der Abbau heute vor allem in Ländern mit niedrigeren Umweltstandards statt.
Der Einsatz von Mikroorganismen umgeht dieses Problem: Die Bakterien arbeiten bei Raumtemperatur, brauchen keine Extremchemie und können die verdünnten Elemente gezielt anreichern. Das ist besonders wichtig, da Seltene Erden in Kohleabfällen nur in Spuren vorkommen. Eine klassische, chemische Trennung wäre bei diesen geringen Konzentrationen unwirtschaftlich.
Übrigens untersuchen die Forscher auch, inwiefern sich das Grubenwasser aus Kohleminen als Quelle für Rohstoffe nutzen lässt. Denn auch darin lösen sich im Laufe der Jahrzehnte Seltene Erden.
(Wie) schafft es das Verfahren aus dem Labor in die Mine?
Noch ist das Verfahren im Laborstadium. Die gewonnenen Mengen sind gering, und für eine industrielle Anwendung müssen die Forscher den Prozess hochskalieren. „Das Ziel dieser Studie war es, die Technologie zu entwickeln und den Prozess zu verstehen“, ordnet Tukkaraja ein. Der nächste Schritt sei nun, das Verfahren wirtschaftlich tragfähig zu machen.
Die Forschung begann mit einer Anschubfinanzierung der National Science Foundation und wird inzwischen vom Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement sowie dem US-Innenministerium gefördert. Am 11. Februar 2026 stellen die Forscher ihre Ergebnisse einem Fachpublikum aus Regierung und Wissenschaft vor.
Ob aus Kohlehalden ein wirklich relevanter Anteil des westlichen Bedarfs an Seltenen Erden gedeckt werden kann? Der Ansatz zeigt zumindest eine Richtung auf: Die Rohstoffe der Zukunft müssen nicht unbedingt aus neuen Minen kommen.
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