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Forschung am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie

Das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie erforscht und entwickelt Technologien, die dabei helfen sollen, eine langfristige Versorgung der deutschen Industrie mit strategisch wichtigen Technologiemetallen sicherzustellen. Das Institut beschäftigt sich mit primären und sekundären wie auch mit heimischen und internationalen Rohstoffquellen. Wir forschen entlang der gesamten Rohstoffwertschöpfungskette und haben folgende Schwerpunkte:


  • Analytik und Aufbereitung komplexer polymetallischer Rohstoffe

Obwohl es in Deutschland und anderen Ländern grundsätzlich Erzkörper mit hohen Metallgehalten gibt, kann man diese aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung oft nicht wirtschaftlich gewinnen. Diesen komplexen Erzen widmet sich das Helmholtz-Institut Freiberg. Es hat das Ziel, geeignete Technologien für die Aufbereitung zu erforschen und zu entwickeln.

Neue analytische Verfahren können den Mineralbestand sehr genau bestimmen, so dass prinzipiell durchaus alle in einem Erz enthaltenen Metalle nutzbar sind. Am HIF entwickeln wir dazu umweltverträgliche Technologien unter Einsatz von Bakterien; die sogenannte Biolaugung dient in Verbindung mit der Biosorption der selektiven Abtrennung von Metallen.

Angewendet auf geeignete primäre Lagerstättentypen, aber auch auf sekundäre Rohstoffquellen wie Bergbauhalden oder metallhaltigen Elektroschrott, lassen sich mit neuen analytischen und aufbereitungstechnischen Verfahren auch komplexere Phasenbestände und mehrere Metalle zugleich behandeln. Die Verfügbarkeit solcher Technologien könnte langfristig zu geringeren Rohstoffpreisen, einer höheren Recyclingquote, weniger Landschaftseingriffen und dem Rückbau alter Bergbauhalden führen.


  • Gewinnung, Aufbereitung und Recycling von Seltenen Erden und anderen versorgungskritischen Technologiemetallen wie Gallium, Indium und Germanium

Zu den Seltenen Erden gehören eine Reihe von Elementen mit sehr ähnlichen chemischen Eigenschaften - Scandium, Yttrium und die Lanthanide (Lanthan bis Lutetium). Die Seltenen Erden spielen heute in der modernen Informationsgesellschaft, aber auch im Zuge der Energiewende eine zentrale Rolle. So braucht man beispielsweise Europium und Terbium für Farbdisplays oder Neodym für Permanentmagnete effizienter getriebeloser Windkraftanlagen. Aber auch andere wirtschaftsstrategisch bedeutsame Metalle wie Gallium, Indium und Germanium werden heutzutage für viele Hightech-Produkte wie Handys, Dünnschichtsolarzellen, LEDs u.v.m. benötigt.

Nur einzelne Länder oder Firmen beherrschen derzeit die notwendigen Technologien zur wirtschaftlichen Gewinnung dieser Metalle (marktbasierte Einschränkungen einmal ausgeklammert). Da der Bedarf an Hightech-Produkten auch im Zuge des wirtschaftlichen Aufschwungs der Schwellenländer weltweit täglich um ein Vielfaches steigt, ergeben sich für viele dieser Metalle erhebliche Versorgungsrisiken und Preisschwankungen (z.B. Europium Faktor 5 innerhalb eines Monats). Die bisher für die Gewinnung vieler kritischer Metalle eingesetzten Technologien sind aufgrund der gewählten Lagerstätten (z.B. hohe Gehalte an radioaktiven Elementen) oder Reaktionshilfsmittel (z.B. Kerosin) oft mit erheblichen Umweltfolgen und -risiken behaftet.

Um insbesondere die Energiewende umweltverträglich gestalten zu können, müssen daher moderne Technologien für geeignete Lagerstättentypen und Recyclingrohstoffquellen entwickelt werden, die nachhaltig im Sinne ihrer wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Auswirkungen sind.


  • Geometallurgie

Geometallurgie ist die integrative Optimierung der Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Grundlage dafür ist das genaue Verständnis der Zusammensetzung und Mikrostruktur der verwendeten Rohstoffe (primäre und sekundäre) sowie deren Auswirkung auf die Effizienz, den Materialeinsatz und die Wirkungsweise aller Prozessschritte.

In der Geometallurgie führt das HIF alle Kenntnisse über Rohstoffe und Prozesse zusammen. Nur solch ein Prozessansatz ermöglicht es uns, effiziente und nachhaltige Aufbereitungs- und Veredelungsverfahren für bestimmte Erze oder zu recycelnde Produkte zu entwickeln. Durch dieses detaillierte Prozessverständnis sind wir außerdem in der Lage, genaue Vorausberechnungen zur Wirtschaftlichkeit neuer Rohstoffquellentypen oder innovativer und umweltfreundlicher Verfahren vor der Investition zu erstellen. Der Ansatz ermöglicht es u.a. aber auch, kleinere Mengen von Metallen wirtschaftlich zu nutzen, für die sich die Entwicklung und der Einsatz eigener Aufbereitungsverfahren unter Umständen nicht lohnen würde.