Kohleasche aus US-Kraftwerken könnte Seltene Erden im Wert von 165 Milliarden US-Dollar enthalten – 97 Milliarden davon rückgewinnbar

Die Rückstände aus verbrannten fossilen Brennstoffen könnten sich als unerwartet wertvoll erweisen: In der Asche aus Kohlekraftwerken steckt möglicherweise eine riesige Menge an Seltene-Erden-Elementen.

In einer Arbeit aus dem Jahr 2024 haben Geologinnen und Geologen berechnet, dass die Abfallasche aus in fossilen Kraftwerken verbrannter Kohle Seltene-Erden-Elemente im Wert von bis zu 165 Milliarden US-Dollar enthalten könnte – und dass sich davon bis zu 97 Milliarden US-Dollar unter realistischen Bedingungen gewinnen liessen.

Ein Team um Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler der Universität von Texas in Austin argumentiert, dass eine gezielte Rückgewinnung dieser Elemente den USA eine eigene, heimische Versorgung mit wichtigen Rohstoffen ermöglichen könnte – ohne die üblichen Belastungen durch neue Bergbauprojekte und mit geringerer Abhängigkeit von Importen, die derzeit den Grossteil der Seltene-Erden-Materialien des Landes liefern.

„Das ist ein echtes Beispiel für das Motto ‚Aus Müll wird Wertstoff‘“, sagt die Geologin Bridget Scanlon von der Jackson School of Geowissenschaften. „Im Grunde versuchen wir, den Kreislauf zu schliessen: Abfälle zu nutzen, Ressourcen aus diesen Abfällen zurückzugewinnen – und dabei zugleich Umweltwirkungen zu verringern.“

Seltene-Erden-Elemente (SEE): Bedeutung und Abhängigkeiten in den USA

Seltene Erden – häufig als Seltene-Erden-Elemente (SEE) zusammengefasst – sind eine Gruppe von 17 Elementen: die 15 Lanthanoide des Periodensystems sowie Yttrium und Scandium. In den USA gelten sie als „kritische Mineralien“, weil sie für Hunderte Branchen und Anwendungen eine Schlüsselrolle spielen, etwa für Batterien, Windturbinen, Elektroautos und Smartphones.

Eigene SEE-Vorkommen sind in den USA nur in begrenztem Umfang vorhanden. Entsprechend ist das Land nahezu vollständig auf Einfuhren angewiesen; der grösste Anteil – rund 70 Prozent – stammt aus China.

Kohleasche als Lagerstätte für Seltene Erden in den USA

Neuere Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass ein grosses, bislang unterschätztes SEE-Potenzial praktisch offen herumliegt: die 52 Milliarden Tonnen Kohleasche-Abfall, die US-Kraftwerke seit den 1950er-Jahren erzeugt haben.

Das Prinzip dahinter ist simpel. Kohle – uraltes, fossilisiertes Pflanzenmaterial – ist kein reiner Stoff. Während ihrer Entstehung und Verfestigung über sehr lange Zeiträume nimmt sie Spuren anderer Materialien auf. Diese Spuren sind in unverbrannter Kohle so gering, dass eine Abtrennung sich nicht lohnt; der mögliche Ertrag würde den Wert der Kohle als fossiler Energieträger nicht übertreffen.

Warum sich SEE in der Asche anreichern

Beim Verbrennen verschiebt sich das Verhältnis jedoch deutlich. Brennbare Bestandteile der Kohle, darunter Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel, werden als Gase freigesetzt. Übrig bleiben die nicht brennbaren Komponenten – dazu zählen Tonminerale, Quarz und auch die Seltene-Erden-Elemente.

Da ein grosser Teil der Kohlemasse als Rauch entweicht, steigt die Konzentration der SEE in der glasigen Restasche auf das 4- bis 10-Fache gegenüber unverbrannter Kohle.

Dabei gilt: Diese Gehalte liegen weiterhin klar unter denen kommerzieller Erze. Trotzdem könnte die Aufbereitung von Kohleasche attraktiv sein, weil dafür kein zusätzlicher, neuer Abbau nötig wäre – man verarbeitet Material, das ohnehin bereits gefördert und als Abfall gelagert wurde.

Scanlon leitete die Studie gemeinsam mit dem Geologen Robert Reedy. Das Team trug jahrzehntelange Informationen zur Zusammensetzung der Aschen, zur Effizienz verschiedener Extraktionsansätze und zu Lager- bzw. Ablagerungsstandorten in den gesamten USA zusammen. Aus diesen Datensätzen folgern die Forschenden, dass zwischen 1985 und 2021 in zugänglichen Kohleasche-Ablagerungen rund 11 Millionen Tonnen SEE liegen könnten – fast achtmal so viel wie die Menge in den derzeitigen US-Reserven.

Der rein theoretische Gesamtwert der 15 Lanthanoid-SEE in sämtlicher Kohleasche der USA liegt den Berechnungen zufolge bei etwa 56 Milliarden US-Dollar. Je nach Standort sind allerdings nur 30–70 Prozent der Kohleasche tatsächlich zugänglich, wodurch der Wert der zugänglichen Asche auf 14 Milliarden US-Dollar sinkt.

Für die Lanthanoide, die sich aus dieser zugänglichen Kohleasche praktisch gewinnen liessen, veranschlagen die Autorinnen und Autoren einen Wert von bis zu 8.4 Milliarden US-Dollar.

Werden zusätzlich Yttrium und Scandium berücksichtigt, steigen die Werte gemäss der Publikation stark an: auf insgesamt 165 Milliarden US-Dollar, wovon 97 Milliarden US-Dollar als rückgewinnbar gelten.

Noch handelt es sich weitgehend um theoretische Potenziale, denn geeignete Extraktionsmethoden werden weiterhin erforscht. Dennoch ist der mögliche Nutzen so gross, dass Wissenschaft und US-Regierung die Optionen ernsthaft prüfen.

„Neben einer Stärkung der Energiesicherheit in den USA durch den Ausbau von SEE-Ressourcen könnte der wirtschaftliche Wert der Produktion dieser SEE dazu beitragen, die Kosten für die Sanierung von nicht abgedichteten Asche-Deponien oder -Teichen in ökologisch verwundbaren Gebieten auszugleichen“, schliessen die Forschenden.

„Das Potenzial der Entwicklung von SEE-Ressourcen aus Kohleasche sollte weltweit in Staaten bewertet werden, in denen Kohleasche verfügbar ist.“

Weitere mögliche Quellen für Seltene Erden

Kohleasche ist nicht der einzige Ansatz, um Seltene-Erden-Elemente zu gewinnen – doch auch andere Quellen können bei der Förderung und Aufbereitung problematisch sein.

In den vergangenen Jahren wurde beispielsweise vorgeschlagen, dass Vulkane eine ergiebige Quelle der begehrten Mineralien sein könnten.

„Erloschene eisenreiche Vulkane werden oft wegen Eisenerz abgebaut“, erklärte der Geologe Michael Anenburg von der Australischen Nationaluniversität in einem Beitrag für die Plattform The Conversation.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass bestehende Bergwerke an solchen Standorten potenziell auch so angepasst werden können, dass sie Seltene Erden produzieren.“

Auch Pflanzen kommen als Quelle infrage. In einer erst in diesem Monat veröffentlichten Studie fanden Forschende einen Farn mit einer bemerkenswerten Fähigkeit in seinem Gewebe: Er kann Seltene-Erden-Elemente aus metallhaltigen Böden aufnehmen und speichern – und damit die Ressourcen auf natürliche Weise aus dem Untergrund herauslösen.

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

„Phytomining, eine grüne Strategie, die hyperakkumulierende Pflanzen nutzt, um Metalle aus dem Boden zu gewinnen, bietet Potenzial für eine nachhaltige SEE-Versorgung, ist bislang jedoch zu wenig erforscht.“

Während die Forschung diese Optionen weiter auslotet, ist klar, dass viel davon abhängt, auf welche Weise die Welt sich letztlich für die Gewinnung dieser wertvollen Elemente entscheidet.

Die Kohleasche-Studie erschien im November 2024 im Internationalen Journal für Kohlewissenschaft & Technologie.