26.08.2016 - Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

Jahresproduktion von Gallium und Germanium könnte viel höher sein

Bernd Rendel-Preis für Geowissenschaften 2016 der DFG geht an Max Frenzel

Die weltweit nutzbare Menge an Gallium und Germanium liegt deutlich über der derzeitigen Jahresproduktion dieser für die Industrie wichtigen Hightech-Metalle. Zu diesem Ergebnis kommt Max Frenzel, Doktorand am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF), das eng mit der TU Bergakademie Freiberg kooperiert. Frenzel ist einer von zwei Preisträgern des Bernd Rendel-Preises für Geowissenschaften 2016. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verleiht den Preis am 28. September im Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Geologischen Gesellschaft – Geologische Vereinigung in Innsbruck.

Der Nachwuchsforscher Max Frenzel (27), geboren in Löbau/ Sachsen, beeindruckte die DFG-Jury sowohl mit seiner vielseitigen wissenschaftlichen Arbeit als auch seiner internationalen Erfahrung. Vor seiner Tätigkeit am Freiberger Helmholtz-Institut, das zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) gehört, studierte er von 2008 bis 2012 Mineralogie und Geologie an der britischen University of Cambridge. Beide Fächer schloss er bestmöglich ab („First Class Honours“). „In Freiberg gibt es ein breites Know-how in der Rohstoff-Wirtschaft und zu Fragen der Entstehung von Lagerstätten, deshalb kam ich 2012 hierher“, sagt Frenzel. Er beschäftigt sich seither mit der globalen Verfügbarkeit strategischer Metalle und deren wirtschaftlicher Nutzung.

Genaue Verfügbarkeit von Hightech-Metallen nicht erforscht

Gallium ist unentbehrlich für Hochleistungschips in Smartphones und Tablets, Germanium wird beispielsweise für Glasfaserkabel gebraucht. Nach Frenzels Schätzung, die auf aufwendigen Berechnungen beruht, könnte die weltweite Jahresproduktion von Gallium und Germanium mindestens 7-mal höher sein: „Für Gallium könnte sie wenigstens 2.900 Tonnen betragen, gegenwärtig werden 440 Tonnen (2014) des Metalls produziert. Bei Germanium, dessen Produktion bei 165 Tonnen (2014) liegt, sind mindestens 1.200 Tonnen denkbar.“

„Es war bislang nicht bekannt, welche Mengen an Hightech-Metallen genau für die Wirtschaft verfügbar sind“, erklärt Frenzel den Antrieb für seine Forschung. Rohstoffe wie Gallium und Germanium werden aufgrund ihrer geringen Konzentrationen in Erzen nur als sogenannte Beiprodukte beim Abbau von mengenmäßig bedeutsameren Hauptprodukten gewonnen. Während Gallium in Aluminium- und Zinkerzen enthalten ist, ist Germanium an den Abbau von Zink und Kohle gebunden. Die Verfügbarkeit beider Elemente ist also hauptsächlich durch geologische, aber auch durch technologische und marktwirtschaftliche Faktoren begrenzt.

Unbekannte Versorgungsrisiken bei strategischen Metallen?

Gegenwärtig gehen die Geowissenschaftler davon aus, dass die Hightech-Metalle in der Erde ausreichen, um unseren Bedarf zu decken. „Keines ist im geologischen Sinne kritisch“, sagt der Experte für Lagerstättenlehre an der TU Bergakademie Freiberg und Direktor am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, Professor Jens Gutzmer. Er betreut Max Frenzel, der die neue Rohstoff-Schätzmethode im Rahmen seiner Dissertation entwickelt hat.

Gallium und Germanium sind die ersten Hightech-Metalle, deren Verfügbarkeit Frenzel mit seiner Methode untersucht hat. Auch in Zukunft lässt sich der Bedarf an diesen beiden Metallen also wahrscheinlich gut decken. „Die neue Schätzmethode könnte aber bei anderen Metallen noch unbekannte Versorgungsrisiken aufdecken“, so Professor Gutzmer.

Neuartige Schätzmethode für Beiprodukte

Um die globale Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe genauer vorhersagen zu können, ermittelt Max Frenzel konkret die statistische Spannbreite der möglichen Jahresproduktion eines bestimmten Beiprodukts. Frenzel bezieht dafür den Einfluss technischer Verarbeitungsprozesse der Metalle und anderer Faktoren mit ein. Er schätzt, dass das Produktionspotenzial für Gallium mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent zwischen 2.900 und 10.400 Tonnen pro Jahr liegt. Für Germanium ergeben sich Werte zwischen 1.200 und 4.300 Tonnen jährlich. In beiden Fällen reicht die Spanne also von der 7- bis zur 25-fachen Menge der derzeitigen Jahresproduktion. Die Prognosen sind abhängig von der weiteren Gewinnung der Hauptprodukte, die Gallium (aus Aluminium- und Zinkerzen) und Germanium (aus Zinkerzen und Kohle) als Beiprodukte enthalten.

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