Die Vorkommen und Produktion von Germanium gewinnen aktuell an Bedeutung. Das Technologiemetall wird in Glasfaserkabeln, Infrarotoptiken für Nachtsicht- und Wärmebildkameras und Computerchips verwendet. Ganz besonders Glasfaserkabel und eine steigende Nachfrage durch moderne Autos treibt die Nachfrage nach oben. Seit mehr als 2 Jahren spiegelt sich die steigende Nachfrage auch in der Preiskurve von Germanium wieder, die kontinuierlich zulegt. Dadurch wird die in Deutschland ehemals beliebte Braunkohle wieder interessanter, wieso?

Herkunft vom Technologiemetall Germanium

Germanium ist ein hartes, gräulich-weißes Element mit metallischem Glanz. In seiner reinen Form besitzt Germanium eine ähnliche Kristallstruktur wie Diamanten, ist aber so spröde/zerbrechlich wie Glas. Zur Verwendung von Germanium müssen chemische Prozesse das Metall isolieren, damit es in einer reinen Form zu Glas verarbeitet oder in Hightech Anwendungen eingesetzt werden kann. In besonders empfindlichen Bauteilen wird Germanium eingesetzt, damit weniger Rauschen entsteht oder weil es besser bei extremen Temperaturen funktioniert. Einfach gesagt funktioniert es sauberer als das klassische Silizium in elektronischen Bauteilen.

Germanium ist ein Halbleiter, dessen elektrische Eigenschaften zwischen denen eines Metalls und eines Isolators liegen. Das bedeutet je nachdem wie das Metall verarbeitet wird, leitet es Strom oder nicht. Von 1950 bis Anfang der 1970er Jahre gab es einen wachsenden Markt für Germanium, doch dann begann hochreines Silizium das Germanium in Transistoren, Dioden und Gleichrichtern zu ersetzen. Der Rohstoff Silizium kommt viel häufiger vor als Germanium, sodass im Jahr 1998 ein kg Silizium nur 10 $ gekostet hat, während ein Kilogramm Germanium knapp 800 $ gekostet hat. Daher hat sich Silizium als Grundlage für alle heutigen Computerchips etabliert.

Was bedeutet Germanium?

Germanium kommt aus dem lateinischen von „Germania – Deutschland“ und wurde im Jahr 1886 nach seinem ersten Fundort benannt.

Produktion von Germanium

Die Produktion von Germanium ist heute hauptsächlich ein Nebenprodukt der Zinkerz- und Kupferverarbeitung. Sogenanntes Germanit in einigen Kupfervorkommen macht einen Germanium-Anteil von 6 % aus. Nachdem das Kupfer extrahiert wurde, bleibt das Technologiemetall in der Schlacke zurück. Eine weitere, oftmals unbeachtete Produktionsmethode von Germanium ist aus der Flugasche von manchen Kohlesorten (1 % Anteil), insbesondere Braunkohle.

Chemische Eigenschaften von Germanium

Das Halbmetall Germanium ist ein Metalloid in der Kohlenstoffgruppe, das seinen Nachbarn Silizium und Zinn chemisch ähnlich ist. Wie Silizium reagiert Germanium in der Natur mit Sauerstoff und bildet mit ihm Komplexe. Da Germanium natürlich im Boden vorkommt, ist es auf natürliche Weise in vielen Pflanzen enthalten und damit auch in Kohle und Braunkohle. In seiner reinen Form bildet sich auf natürliche Weise Germanium(IV)-oxid an der Metalloberfläche. Germanium Flüssigkeit entsteht bei 938,8 °C und Germanium Gas entsteht bei 2830 °C.

Produktion von Germanium aus Vorkommen in Kupfer, Silber, Blei und Zink

Germanium findet sich in sogenannten Mississippi-Valley Lagerstätten, welche karbonathaltige Blei-Zink-Erzlagerstätten sind. Eine äußerst wertvolle Konzentration von Blei- und Zinksulfiderzen in Karbonatformationen (Kalkstein, Mergel, Dolomit) beinhaltet meistens auch ein hohes Gallium Vorkommen, ein häufiger Begleitstoff von Germanium. Der Name stammt von dem amerikanischen Fluss Mississippi, da eine Großzahl solcher Vorkommen an diesem Fluss gefunden wurden. Die Germanium-Konzentration in Zink beträgt etwa 0,3 Prozent und ist bereits zur Produktion von Germanium geeignet.

Die Pyrometallurgie ist die am häufigsten eingesetzte Technologie zur Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Erzen, mit der der größte Teil des Kupfers in der Welt gewonnen wird. Bei der Pyrometallurgie von Nichteisenmetallen fallen unweigerlich große Mengen an Schmelzrückständen an, zu denen auch Hüttenschlacken gehören. Diese Schlacken wurden weltweit kontinuierlich in der Landschaft deponiert, da diese als wertlos angesehen wurden. Viele dieser Kupferschlacken werden jetzt für die Produktion von Germanium und weiteren Metallen mithilfe von Röntgen untersucht, ob sich eine Rückgewinnung lohnt. Untersuchungen seit Anfang der 2000er Jahre bis heute haben Konzentrationen von etwa 100 mg/kg bis fast 500 mg/kg Germanium. Diese Kupferschlacken haben in der Regel auch einen hohen Gallium Anteil. Der Wert von den beiden Metallen zusammen, der mit dieser Methode gewonnen werden kann, wird auf 1 Mrd. US-Dollar geschätzt.

Vorkommen und Produktion von Germanium in Kohle und Braunkohle

Das gesamte Vorkommen wird auf 93.000 Tonnen Germanium aus den 7.800 Millionen Tonnen verbrannter Kohle geschätzt. Bei dem aktuellen Preis von knapp 1.500 Euro wären das knapp 140 Milliarden Euro. Die Deutschen Rohstoffagentur (DERA) schätzt, dass auf dem Weltmarkt angebotene Germanium zu einem Drittel aus verbrannter Kohle gewonnen wird. Aktuelle Schätzungen gehen von ca. 119.000 Tonnen Germanium aus, wovon 10.000 Tonnen aus Zinkvorkommen und 112.000 Tonnen aus Kohlevorkommen stammen, die aktuell abgebaut werden. Für die Zukunft werden weitere 440.000 Tonnen Germanium in neuen Minen angegeben. Die höchste Konzentration von Germanium wurde bisher in Asche aus Kohle aus dem britischen Hartley gefunden – 1,6 Prozent. Eine so hohe Konzentration lohnt sich zur Verwendung für die Extraktion von Germanium.

Für Deutschland und Europa gibt es neben China und Russland keine ausreichenden Quellen für Germanium. Im Interview mit Branchenexperten von Noble BC für Germanium und weiteren Technologiemetallen ist die Rede von 10 bis 18 Jahren, bevor in Europa eine eigene Versorgung funktionieren kann. Neben Schweden und den Vorkommen aus Braunkohle sind noch Minen aus Afrika interessant. China investiert schon lange aggressiv in Afrika und kauft auch Minen auf. In Zusammenarbeit mit weiteren Investoren will Noble BC eine Mine in Afrika wieder in Betrieb nehmen, um seltene Erden und Technologiemetalle zu fördern.

Insbesondere China und Russland setzten auf Germanium aus Kohle, da diese Staaten über große Vorkommen und viele Kohlekraftwerke verfügen. Russland hat die größten Reserven an Braunkohle auf der Welt (90.730 Millionen Tonnen – Deutschland 36.300 Mio. t). In Deutschland könnte ein Prozess eingeführt werden, um Germanium, Uran und weitere Erze/Metalle aus der Asche mittels Luftfilterung aufzufangen und anschließend zu isolieren. Dadurch würde Energie erzeugt werden und gleichzeitig die dreckige Asche gefiltert.

Welche Lebensmittel enthalten Germanium?

Nachweisbare Spuren von Germanium sind in Bohnen, Tomaten, Austern, Thunfisch und Knoblauch vorhanden.

Produktion von Germanium aus Pflanzen – Phytomining für Nachhaltigkeit und Unabhängigkeit

Das Vorkommen von Germanium in Pflanzen ist wichtig, weil sich ab einer bestimmten Konzentration die Produktion von Germanium aus Pflanzen lohnen würden. Diese nachhaltige Methode wird als Phytomining bezeichnet (Phyto ist griechisch für Pflanze). Da Germanium fast überall auf der Erde vorkommt, könnte Deutschland sich mit dieser Methode zum Beispiel selbst versorgen. Andere Seltene Erden und Metalle könnten mit dieser Methode ebenfalls gewonnen werden, damit Deutschland und Europa unabhängiger vom Wirtschaftskrieg zwischen China und USA werden. Ein weiterer Vorteil dieser Methode wäre, dass belastete Böden wieder von Schwermetalle befreit werden können. In Albanien wird z.B. Nickel aus Pflanzen am Orchidsee gewonnen.

Bisher wurden kein wirtschaftliches System aus Pflanzen und Metallen gefunden, das man im großen Stil anwenden kann. Germanium ist ein vielversprechendes Element für den Phytomining Ansatz, da es ähnlich zu Silizium ist, dem zweithäufigsten Element in der Erdkruste. Silizium wird von Gras und anderen Pflanzen benötigt und auf natürliche Weise aufgenommen. Durch genetische Manipulation oder gezieltes Züchten soll der Germanium-Anteil erhöht werden und andere seltene Erden wie Neodym, Cadmium oder Nickel aufgenommen werden. Die Vermutung liegt nahe, dass der Germanium- und Uran-Anteil in Kohle durch ein natürliches Vorkommen dieser Metalle in den Pflanzen entstanden ist.

Die Forschung in diesem Bereich findet in Deutschland an der Technischen Universität Freiburg im Clemens-Winkler-Bau statt, benannt nach dem historischen Entdecker von Germanium. Der Forscher Oliver Wiche aus Freiburg schätzt, dass Phytomining ab 10 Milligramm Germanium pro Kilogramm Pflanzenmasse wirtschaftlich wäre. In seinen Versuchen findet er aber meistens nur um die 3 Milligramm. In Deutschland werden bereits 1,5 Millionen Hektar für Biogasanlagen verwendet. Wenn dieser Mais noch Germanium oder andere Seltene Erden aufnehmen könnte, produziert Deutschland 30 Tonnen Germanium, ohne die Lebensmittelversorgung weiter einzuschränken. Aktuell würde das so produzierte Germanium etwa 63 Millionen Euro wert sein, wenn der Biogas-Mais Germanium aufnehmen könnte.

Entdeckung und historische Herkunft von Germanium

Germanium findet, wie der Name schon sagt, seine Herkunft in Deutschland (lateinisch: Germania). Die Entdeckung von Germanium geht auf Clemens Winkler zurück, der im Jahr 1885 das Mineral Argyrodit untersuchte, ein Sulfid mit hohem Anteil an Silber. In seiner Analyse der einzelnen Bestandteile hat Winkler immer einen Fehlbetrag von etwa 7 % festgestellt. Da dieser Fehlbetrag bei verschiedenen Analysen ähnlich war, vermutete er ein unbekanntes Element im Argyrodit. Am 6. Februar 1886 gelang es ihm, das erste Germaniumsulfid der Welt herzustellen. Heute leben wir in einer Zeit der Technologiemetalle. Die gesamte Infrastruktur ist auf die seltenen Rohstoffe angewiesen. Aufgrund der aktuellen Entwicklung könnte die aktuelle Zeit schon fast als Germanium- oder Indiumzeit bezeichnet werden.

Die Namensgebung nach dem Entdecker oder Fundort war damals typisch. Weitere Metalle und Rohstoffe mit historischen Namensgebungen:

Das Nachbarelement Gallium wurde nach dem Fundort Gallien benannt oder nach dem Entdecker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (le coq – lateinisch gallus – dt. der Hahn). Weitere historische Namensgebungen in Skandinavien:

• Ytterbium nach der Grube Ytterby auf einer Insel bei Stockholm, Schweden.
• Holmium vom lateinischen Namen für Stockholm, ebenfalls in der Grube Ytterby.
• Thulium, Thule ist ein altes Wort für Skandinavien und wurde ebenfalls in der Grube Ytterby gefunden.
• Scandium wurde nach dem Fundort Skandinavien benannt (lateinisch Scandia).

(TB)