Forskning i råmaterialedilemmaet:Højteknologiske metaller germanium og gallium fra dybhavet?

Germanium og gallium er to metaller, der har stor betydning for moderne højteknologier. Begge er vigtige råvarer til halvlederindustrien, til fiberoptiske kabler og til solcelleanlæg. De er således væsentlige komponenter til at forme elektromobilitet og energiomstillingen. Forskergruppen ledet af Michael Bau, professor i geokemi ved Jacobs Universitet i Bremen, har ved hjælp af nye analysemetoder undersøgt fordelingen af ​​germanium og gallium i jern-mangan-skorper fra dybhavet. Resultaterne er nu publiceret i Chemical Geology .

I 2020 kom 66 % af den globale germaniumproduktion fra Kina; for gallium er den kinesiske markedsdominans endnu større med 97 %. På grund af denne afhængighed og de dermed forbundne risici for råmaterialeforsyninger har både den amerikanske regering og EU inkluderet disse metaller i deres lister over kritiske råvarer. Der bliver lagt en stor indsats i at søge efter forekomster rundt om i verden, især da efterspørgslen efter disse metaller forventes at stige dramatisk i de kommende år. Men jagten på råvarer viser sig at være vanskelig, og ukonventionelle forekomster kommer også i søgelyset.

En måde at sikre den globale forsyning af kritiske råstoffer på kunne være dybhavsminedrift. Selvom det er kontroversielt på grund af dets uklare påvirkninger af miljøet, kan det levere store mængder af de mange metaller, uden hvilke for eksempel klimapolitiske mål som energiomstillingen ikke kan realiseres. Genanvendelse er endnu ikke en løsning for kritiske råvarer i en overskuelig fremtid, da disse metaller endnu ikke er blevet brugt i større mængder.

Forskergruppen CritMET:Critical Metals for Enabling Technologies, som er en del af studieprogrammet Earth and Environmental Science and Technology ved Jacobs University, undersøger både potentielle råstofkilder og miljøadfærden for kritiske råstoffer som de sjældne jordarter, germanium, og gallium. Den nu offentliggjorte undersøgelse opsummerer forskningsresultaterne fra gruppen omkring Katharina Schier og David Ernst, professorerne Michael Bau og Dieter Garbe-Schönberg samt nationale og internationale samarbejdspartnere.

De undersøgte jern-manganskorper dannes meget langsomt på havbunden i dybhavet. I processen fanger og akkumulerer de en række metaller opløst i havvand. Ved hjælp af nye analysemetoder lykkedes det arbejdsgruppen pålideligt at bestemme koncentrationerne af gallium og germanium i sådanne skorper. Resultaterne har stor betydning for den geokemiske grundforskning, fordi de hjælper til bedre at forstå transporten af ​​metaller fra landmasserne til havene.

For anvendt forskning er de dog ret desillusionerende:Indholdet af gallium og germanium er for lavt til at gøre skorperne til en kilde til råmaterialer til disse metaller i en overskuelig fremtid. Men resultaterne har også en positiv side, fordi forskerne kunne vise, hvor effektivt gallium og germanium er knyttet til jernoxider, og at de dermed effektivt kan fjernes fra vandet og dermed fra miljøet. Da alle kritiske metaller frigives til miljøet, og dermed til floder, søer og grundvand, i stadigt stigende mængder på grund af deres dramatisk stigende industrielle anvendelse, er processer til at forhindre dette eller til at rense vandet afgørende. Brugen af ​​jernoxider kan være en ret simpel og billig løsning til germanium og gallium.