Hochtechnologie-Metalle Germanium und Gallium aus der Tiefsee

Zwei Met­alle, die für mod­erne Hochtech­nolo­gien von großer Bedeu­tung sind, sind Ger­ma­ni­um und Gal­li­um. Bei­de sind wichtige Rohstoffe für die Hal­blei­t­erindus­trie, für Glas­faserk­a­bel und für die Pho­to­voltaik. Sie sind damit essen­tielle Kom­po­nen­ten für die Gestal­tung der Elek­tro­mo­bil­ität und Energiewende. Mit neuen Analysemeth­o­d­en hat die Arbeits­gruppe „Crit­MET: Crit­i­cal Met­als for Enabling Tech­nolo­gies“ um Dr. Michael Bau, Pro­fes­sor für Geo­chemie an der Bre­mer Jacobs Uni­ver­si­ty, die Verteilung von Ger­ma­ni­um und Gal­li­um in Eisen-Man­gan-Krusten der Tief­see unter­sucht. Die Ergeb­nisse wur­den jet­zt in zwei renom­mierten Fachzeitschriften veröffentlicht.
Im Jahr 2020 stammten 66 Prozent der weltweit­en Ger­ma­ni­umpro­duk­tion aus Chi­na; für Gal­li­um ist die chi­ne­sis­che Mark­t­be­herrschung mit 97 Prozent noch größer. Auf­grund dieser Abhängigkeit und den damit ver­bun­de­nen Risiken für die Rohstof­fver­sorgung haben sowohl die US-amerikanis­che Regierung als auch die Europäis­che Union diese Met­alle in ihre Lis­ten der kri­tis­chen Rohstoffe aufgenom­men. Mit großem Aufwand wird weltweit nach Lager­stät­ten gesucht, zumal die Nach­frage nach diesen Met­allen in den näch­sten Jahren drama­tisch zunehmen wird. Doch die Rohstoff­suche gestal­tet sich schwierig, und so rück­en auch unkon­ven­tionelle Vorkom­men ins Scheinwerferlicht.
Eine Möglichkeit, die weltweite Ver­sorgung mit kri­tis­chen Rohstof­fen zu sich­ern, kön­nte der Tief­see­berg­bau sein. Zwar ist er ein­er­seits wegen sein­er unklaren Auswirkun­gen auf die Umwelt umstrit­ten, ander­er­seits kön­nte er eine Vielzahl an Met­allen liefern, ohne die etwa klimapoli­tis­che Ziele wie die Energiewende nicht real­isier­bar sind. Recy­cling ist für kri­tis­che Rohstoffe in abse­hbar­er Zeit noch keine Lösung, da diese Met­alle bish­er noch nicht in größeren Men­gen genutzt wurden.
Die Arbeits­gruppe, die an der Jacobs Uni­ver­si­ty im Stu­di­en­pro­gramm „Earth and Envi­ron­men­tal Sci­ence and Tech­nol­o­gy“ ange­siedelt ist, unter­sucht sowohl poten­tielle Rohstof­fquellen als auch das Umweltver­hal­ten kri­tis­ch­er Rohstoffe wie der Sel­te­nen Erden, Ger­ma­ni­um und Gal­li­um. Die jet­zt veröf­fentlicht­en Artikel fassen die Forschungsergeb­nisse der Gruppe um Katha­ri­na Schi­er und David Ernst, den Pro­fes­soren Michael Bau und Dieter Garbe-Schön­berg sowie nationalen und inter­na­tionalen Koop­er­a­tionspart­nern zusammen.
Die unter­sucht­en Eisen-Man­gan-Krusten bilden sich sehr langsam am Meeres­bo­den der Tief­see. Dabei fan­gen sie eine Vielzahl im Meer­wass­er gelöster Met­alle ein und reich­ern diese an. Mit neuen Analysemeth­o­d­en gelang es der Arbeits­gruppe, die Konzen­tra­tio­nen von Gal­li­um und Ger­ma­ni­um in solchen Krusten ver­lässlich zu bes­tim­men. Die Ergeb­nisse sind für die geo­chemis­che Grund­la­gen­forschung von großer Bedeu­tung, denn sie helfen den Trans­port von Met­allen vom Fes­t­land in die Ozeane bess­er zu verstehen.
Für die ange­wandte Forschung sind sie allerd­ings eher ernüchternd: Die Gehalte an Gal­li­um und Ger­ma­ni­um sind zu niedrig, um die Krusten in abse­hbar­er Zeit zu ein­er Rohstof­fquelle für diese Met­alle zu machen. Aber die Ergeb­nisse haben auch eine pos­i­tive Seite, denn die Forschen­den kon­nten zeigen, wie effek­tiv Gal­li­um und Ger­ma­ni­um an Eisenox­ide ange­lagert wer­den und dass sie damit effek­tiv aus dem Wass­er und somit aus der Umwelt ent­fer­nt wer­den kön­nen. Da alle kri­tis­chen Met­alle durch die drama­tisch steigende Ver­wen­dung in immer größeren Men­gen in die Umwelt und damit in Flüsse, Seen und ins Grund­wass­er gelan­gen, wer­den Ver­fahren, mit denen dies ver­hin­dert oder das Wass­er wieder gere­inigt wer­den kann, immer wichtiger. Der Ein­satz von Eisenox­i­den kön­nte hier für Ger­ma­ni­um und Gal­li­um eine ein­fache und rel­a­tiv preiswerte Lösung sein.