Ein neues eisenbasiertes Molekül könnte Solarmodule sauberer und günstiger machen

Damit Solarmodule effektiv sind, benötigen sie derzeit bestimmte Mineralien, die die Fähigkeit besitzen, die Energie der Sonne effizient in die stromerzeugenden Komponenten des Moduls zu übertragen. Oft ist dies die Aufgabe sogenannter Seltenerdminerale, einer Gruppe von siebzehn Metallen und Mineralien, darunter Yttrium, Europium und Neodym, die in der Technologieindustrie – auch im Solarbereich – stark nachgefragt sind.

Forscher der schwedischen Lund Universität erforschen jedoch Möglichkeiten, eines der am weitesten verbreiteten Elemente der Erde – Eisen – in ein seltenes Erdmetall zu verwandeln, das die Solarmodule der Zukunft revolutionieren und ihren Preis stark senken könnte.

Der Beginn einer neuen Eisenzeit?

Die Forscher konnten ein neues Molekül auf Eisenbasis produzieren, das die bisherigen Nachteile wie z.B. eine geringe Elektronenübertragungsrate und einen völligen Mangel an Photolumineszenz ausräumt. Das neue Molekül, Fe(phtmeimb)2 genannt, ist in der Lage, die Energie des Sonnenlichts so lange einzufangen, bis es mit einem anderen Molekül reagiert und sie weiterleitet. Es hat auch die Fähigkeit, photolumineszentes Licht zu emittieren, was die Forscher mit bloßem Auge bei Raumtemperatur beobachten konnten. Beide dieser Modifikationen bedeuten, dass Eisen potenziell die Funktionen von seltenen Erdmetallen in den Solarmodulen der Zukunft übernehmen könnte. Kenneth Wärnmark, Professor für Chemie an der Universität Lund, sagte:

„Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, dass es durch den Einsatz eines fortschrittlichen Moleküldesigns möglich ist, die seltenen Metalle durch Eisen zu ersetzen, das in der Erdkruste sehr häufig und daher kostengünstig ist.“

Mit einem Anteil von rund sechs Prozent an der Erdkruste ist Eisen das zweithäufigste Metall – nach Aluminium – und wird bereits für eine große Bandbreite von Produkten, insbesondere Stahl, verwendet. Diese Fülle und der Grad der Ausbeutung könnten die Kosten für Solarmodule und andere Kraftstoffsysteme drastisch senken – wenn auch nicht ganz ohne Auswirkungen für die Umwelt.

Seltene Erden dagegen sind viel schwerer zu beschaffen, was zu einem weltweiten Ansturm darauf geführt hat. Nationen und Unternehmen liefern sich ein Wettrennen darum, wer die nächste zuverlässige Bezugsquelle findet. So behauptet insbesondere China, rund neunzig Prozent der Seltenen Erden der Welt zu fördern, obwohl es nur rund zwanzig Prozent der Vorkommen an Seltenen Erden verzeichnet.

Dies ist zum Teil auf eine massive Ausweitung des Bergbaus und der Schmelzbetriebe in Gebieten wie Ganzhou seit Anfang der 2000er Jahre zurückzuführen. Daraus ergeben sich erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt, insbesondere aufgrund der toxischen Eigenschaften einiger Seltenerdmetalle und der Geschwindigkeit, mit der Minen errichtet wurden. Dazu gehört, dass Wasserquellen kontaminiert werden, was sich auf die Landwirtschaft auswirkt. Zudem werden die Minen regelmäßig stillgelegt, sobald die Metalle austrocknen, was etwa hundert Quadratkilometer verwüsteter Landschaft und 190 Millionen Tonnen Bergbauabfälle hinterlässt. Darüber hinaus sind seltene Erden bekanntlich schwer zu recyceln.

Die starke Nachfrage nach den im Technologie-Zeitalter kostbaren Erdmineralen hat auch einen Schwarzmarkt entstehen lassen, oft in Gebieten, die schon vorher von Konflikten gebeutelt waren bzw. oder die durch den illegalten Handeln erst aufkeimen. Einige Quellen behaupten sogar, dass der illegale Abbau größer ist als der legale Markt. In diesen Situationen sind die Umweltschäden noch akuter, während die Arbeitnehmer auch für ihre Arbeit unter gefährlichen Arbeitsbedingungen ausgebeutet werden.

Eisen ist natürlich nicht völlig frei von diesen Umweltbedenken, aber die Häufigkeit und die regulierte Art seiner Gewinnung könnte zumindest den Raubbau bei der Gewinnung von Seltenerdmetallen verlangsamen. Außerdem könnten eisenbasierte Solarmodule viel günstiger sein als ihre Pendants aus seltenen Erden, was den Solarmarkt für einen viel breiteren Kundenkreis öffnen würde.

Dieser Artikel ist eine Übersetzung von Lydia Skrabania. Das Original erschien auf unserer englischsprachigen Seite.