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.