Neuer säurefreier Prozess gewinnt kritische Mineralien aus Kohleabfall

Es bietet einen Weg, die für moderne Technologien essenziellen Materialien aus den riesigen Lagerbeständen an Kohlerückständen in den USA zu extrahieren. Gewinnung vom Namen täuschen: Seltene Erden sind tatsächlich nicht selten. Doch sie sind stark verstreut.

Das Auffinden, die eine effiziente Förderung ermöglichen, ist weltweit ein Spiel des Versteckens und Suchens. Dennoch kann die moderne Gesellschaft ohne sie nicht funktionieren. Diese Elemente sind die unsichtbaren Muskeln in Elektromotoren, Windkraftanlagen, Rüstungssystemen und Smartphones.

Derzeit stützt sich die USA überwiegend auf ausländische Lieferketten, um sie zu erhalten. Diese starke Abhängigkeit schafft enorme geopolitische und sicherheitspolitische Verwundbarkeiten. Der Druck besteht darin, eine inländische Quelle zu finden. Die Lösung liegt in den Kohledeponien Amerikas.

Technischer Hintergrund

Momentan sind etwa zwei Milliarden Tonnen Flugasche in Speicherteichen und Deponien über das gesamte Land verteilt gefangen. Wenn sie unbeaufsichtigt bleiben, können sie giftige Chemikalien ins Grundwasser abgeben oder bei schweren Stürmen auslaufen. Kohle enthält jedoch natürliche Spuren Elemente in der Asche zurück, konzentriert und bereit zur Gewinnung.

Die Förderung ist jedoch ein schmutziger Geschäftszweig. Die konventionelle Extraktion erfordert intensive Hitze sowie toxische, ätzende Säuren. Es erzeugt oft mehr Verschmutzung, als es löst. Ohne toxische Säuren beseitigt Tripathis Durchbruch die aggressiven Chemikalien.

Ihr System basiert auf einem wiederverwendbaren, salzbasierenden „ionischen Flüssigkeit". Diese spezialisierte Flüssigkeit bleibt unter Bedingungen stabil, die wasserbasierte Chemie vollständig zerstören würden. „Die Schönheit dieses Systems besteht darin, dass es über die Grenzen des Wassers hinaus funktioniert", erklärte Tripathi.

Was die Studie zeigt

Zuerst wird die ionische Flüssigkeit über die Asche geschüttet und verhält sich wie ein Magnet, der die Seltenen Erden vom Abfall abzieht. Anschließend wird die Flüssigkeit mit einem elektrischen Strom bestrahlt. Die wertvollen Elemente sammeln sich augenblicklich auf einer Sammeloberfläche an, sodass die Forscher sie abschaben können.

Der beste Teil ist, dass die Flüssigkeit gereinigt und wiederverwendet wird. Der Prozess ist zudem hochgradig anpassbar. Das Team kann bestimmte Metalle gezielt herausfiltern, indem es die Spannung des elektrischen Stroms einstellt.

Bei niedrigen Spannungen isoliert das System Neodym – einen entscheidenden Bestandteil für die extrem starken Permanentmagnete, die in der sauberen Energieerzeugung eingesetzt werden. In ersten Laborversuchen konnte das System nahezu die Hälfte des verfügbaren Neodyms zurückgewinnen. Die Laborchemie ist solide. Nun kommt der schwierige Teil: die Skalierung.

Markt und Strategie

Tripathi und ihr Team müssen beweisen, dass dieses System Tonnen, statt nur kleiner Laborchargen. Es muss schnell und kostengünstig genug sein, um auf dem kommerziellen Markt bestehen zu können. Wenn es funktioniert, reichen die Implikationen weit über die Kohle hinaus.

Der gleiche elektrochemische Prozess könnte zukünftig auch zur Gewinnung aus entsorgten Handys, ausgebrauchten E-Auto-Batterien und altem medizinischen Abfall eingesetzt werden. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Environmental Science and Technology" veröffentlicht.