Das Foto zeigt kein Tetrataenit, sondern lediglich ein Mineral als symbolischen Platzhalter.

Wie stellt ihr euch das Jahr 2050 vor? Eine grüne, CO2-emissionsfreie Zukunft vielleicht? Bestimmt schweben dem ein oder anderen Elektroautos vor. Und wohl kaum jemand wird davon ausgehen, dass Mitte des Jahrhunderts noch Heerscharen von Verbrennern die Lebensadern unserer Städte verstopfen.

Dem Traum einer grünen Zukunft durch Elektromobilität steht jedoch einiges im Weg: Wie können wir genug saubere Energie gewinnen und einsetzen, um nicht am Ende eine schlechtere CO2-Bilanz aufzuweisen als Benzin- oder Diesel-betriebene Fahrzeuge? Und wie bekommen wir die Probleme mit dem energieintensiven Abbau und der Knappheit wertvoller Ressourcen in den Griff?

Auf beides haben Forscher nun vielleicht eine Antwort gefunden. Und die bringt nicht nur ökologische, sondern auch handfeste ökonomische Vorteile mit sich. Worum geht es?

Seltene Erden sind knapp und der Abbau problematisch

Um ein Elektroauto anzutreiben, egal ob von einem Akkumulator oder einer Brennstoffzelle befeuert, braucht es einen Elektromotor. Wesentlicher Bestandteil von Elektromotoren wiederum sind Permanentmagnete. Gleiches gilt für die Generatoren in Windrädern. Ohne Dauermagnete ist eine Zukunftsvision ohne CO2-Emission also praktisch undenkbar.

Allerdings werden dafür sogenannte Seltene Erden benötigt. Das sind Metalle mit besonderen Eigenschaften. Die kommen zwar an sich gar nicht so selten vor, wie der Name es vermuten lässt, aber große, zusammenhängende Lagerstätten sind rar gesät, der Abbau daher teuer und unökologisch. Denn es muss sehr viel Energie investiert werden.

Dazu kommt noch die Abhängigkeit von China. Das Reich der Mitte hat im Moment quasi das Monopol auf den Abbau Seltener Erden. Zwar wurden unlängst auch gigantische Vorkommen in der Türkei entdeckt, aber es ist ein langer Weg, diese auch wirtschaftlich nutzbar zu machen. Außerdem bleibt das grundlegende Problem der zunehmenden Verknappung und des Abbaus bestehen.

Material aus dem Weltraum

Eine Alternative zu den Seltenen Erden stellt das sogenannte Tetrataenit dar. Das zählt zu den Mineralen, ist aber eine Legierung aus Eisen und Nickel mit einer besonderen Kristallstruktur und magnetischen Eigenschaften. Allerdings entsteht Tetrataenit fast ausschließlich in Meteoriten, die über Jahrmillionen abkühlen. Durch das langsame Abkühlen können die Kristallstrukturen schicht für schicht wachsen. Das Material künstlich herzustellen war bislang teuer und unrentabel. Die Eisen-Nickel-Legierung musste dafür nämlich mit Neutronen beschossen werden.

Die Betonung liegt jedoch auf bislang. Denn Forschern der University of Cambridge und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist es nun gelungen, den Prozess deutlich zu beschleunigen – mit der Zusetzung geringer Mengen Phosphor.

Das chemische Element ist zwar ebenfalls eine begrenzte Ressource, aber die weltweiten Lagerstätten sind noch lange nicht erschöpft und der Abbau aus wirtschaftlicher und umweltpolitischer Sicht insgesamt weit weniger problematisch als der Seltener Erden. Dennoch berichtet etwa der SRF (Schweizer Radio und Fernsehen) von Vergiftungen, Staublungen und Krebs in Zusammenhang mit dem Abbau phosphathaltiger Erde. Belastbare Studien hierzu gebe es jedoch kaum.

Weil wir gerade von Weltraum gesprochen haben – was die NASA im folgenden Video zeigt, ist zwar wie aus einem Film, wurde mittlerweile aber sogar schon in einem Test in die Tat umgesetzt:

4:12

Fast wie in einem Film: Die NASA möchte ein Raumschiff in einen Asteroiden krachen lassen

Entdeckung wäre beinahe unentdeckt geblieben

Dass sich Phosphor hervorragend eignet, um die ansonsten langwierige und teure Bildung der Kristallstruktur von Tetrataenit kostengünstig zu beschleunigen, wäre den Forschern zudem beinahe entgangen. Als das Team die mechanischen Eigenschaften der Eisen-Nickel-Legierung mit geringen Mengen Phosphor untersuchte, fand es zunächst lediglich die erwartbare baumartige, ungeordnete Wachstumsstruktur – sogenannte Dendriten.

Nur der geschulte Blick von Dr. Yuri Ivanov erkannte in letzter Sekunde ein Beugungsmuster, das auf eine geordnete Struktur hinwies. Eine geordnete Struktur ist wichtig, damit die Legierung auch für Hochleistungsmagnete in Frage kommt.

Das Phosphor sorgt den Forschern zufolge dafür, dass sich die Eisen- und Nickelatome schneller bewegen können und damit auch schneller die geordnete Struktur, das Tetrataenit, bilden. Die Rede ist von einer Beschleunigung gegenüber dem Jahrmillionen andauernden Abkühlungsprozess um elf bis 15 Größenordnungen.

Wann kommt Tetrataenit auf den Markt?

Von Marktreife ist das künstlich erzeugte Tetrataenit vorerst noch ein ganzes Stück entfernt. Denn die aktuellen Ergebnisse sind lediglich Grundlagenforschung. Ob und wie gut sich das Material in der Praxis zum Einsatz in Dauermagneten eignet, muss erst noch geklärt werden. Mehr Spannendes aus der Welt der Technik haben wir hier für euch:

• Dieser Akku lädt sich selbst und soll so langen halten, dass er womöglich die Menschheit überdauert
• Photosynthese für Computer: Wie Forscher mit Algen einen Rechner betreiben

Wie seht ihr das? Glaubt ihr, Tetrataenit wird Elektromotoren revolutionieren und uns aus der Abhängigkeit von Seltenen Erden befreien? Oder haltet ihr das für reine Grundlagenforschung, die am Ende kaum Praktisches nach sich zieht? Schreibt es uns gerne in die Kommentare!