Von Antimon bis Wolfram – viele Metalle kommen auf der Erde vergleichsweise selten vor oder sind schwer zu gewinnen. Gleichzeitig gelten sie als unverzichtbar für die moderne Technik. Aber das könnte sich bald ändern, hoffen Rickard Arvidsson und Björn Sandén von der schwedischen Technischen Hochschule Chalmers in Göteborg: 13 von 14 solchen Metallen scheinen sich in ihrem primären Anwendungsgebiet durch eine Alternative auf Basis von Kohlenstoffnanomaterialien ersetzen zu lassen. Zumindest laut aktuellem Stand der Technik.

Das ergab eine Literaturstudie der beiden Materialwissenschaftler, die sie jetzt im "Journal of Cleaner Production" publiziert haben. Sie gehen davon aus, dass der Ersatz auf Kohlenstoffbasis wünschenswert, weil in aller Regel umweltverträglicher, günstiger und besser recycelbar wäre.

Liste von 14 seltenen Metallen samt primärem Einsatzgebiet
© Rickard Arvidsson, Björn Sandén, Chalmers University of Technology
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Allerdings befindet sich die Ersatzanwendung in den meisten Fällen noch im Versuchsstadium. Wirklich massenmarkttauglich ist bisher keine der Alternativen. Doch die wachsende Zahl von Patenten auf die jeweiligen Technologien werten Arvidsson und Sandén als Zeichen, dass einige davon demnächst kommerziell interessant werden könnten.

Insbesondere für Indium könnte die Zeit bald gekommen sein. Derzeit wird das Element vorwiegend in transparenten Elektroden eingesetzt, so etwa in Touchscreens. Alternativ könnte hier auch Graphen verwendet werden. 18 Patente und mehr als 100 Forschungsartikel widmen sich entsprechenden Ansätzen, zählten die beiden Wissenschaftler. Fast genauso gut ist die Lage beim Gallium. 80 Prozent der weltweiten Produktion wandern in den Bau von LEDs, integrierten Schaltkreisen, Transistoren und Solarzellen. Acht Patente und ebenfalls über 100 Paper gehen der Frage nach, wie sich das Material durch Graphen und Kohlenstoffnanoröhren ersetzen lässt.

Die beiden Wissenschaftler wählten die 14 Metalle aus der Liste kritischer Metalle, die die Europäische Union herausgibt, und aus einer vergleichbaren Aufstellung der US-Regierung. Relativ häufige Elemente, darunter etwa die unglücklich benannten "seltenen Erden", strichen sie heraus. Die verbleibenden Materialien tauchen nicht nur in der Elektronik, sondern beispielsweise auch in Flammschutzmitteln, Legierungen oder Strom- und Lichtleitern auf.

Sie alle könnten in ihrer jeweiligen Hauptanwendung durch Graphen, Kohlenstoffnanoröhren oder die kugelförmigen Fullerene ersetzt werden. Die außergewöhnlichen Eigenschaften dieser Stoffe werden seit vielen Jahren intensiv erforscht. Ein echter Durchbruch lässt bislang leider noch auf sich warten.

Das einzige seltene Metall ihrer Liste, das sich beharrlich gegen einen Ersatz wehrt, war übrigens Gold: 90 Prozent davon landen beim Juwelier, und "nicht einmal auf Google" fanden Arvidsson und Sandén einen Fall, in dem Kohlenstoffnanomaterialien zu Schmuck verarbeitet wurden.