Seltene Erden: Autohersteller bangen vor Chinas Exportkontrollen

Vor zwei Wochen kündigte China Exportkontrollen für Seltene Erden an; sie sollen am 8. November in Kraft treten. Dann unterliegt die Ausfuhr von Metallen wie Ytterbium, Holmium und Europium, die für die Herstellung von Permanentmagneten wichtig sind, einer Genehmigungspflicht. Betroffen sind alle Firmen, die Permanentmagnet-Synchronmotoren (PSMs) herstellen.

Die Magnete werden im inneren Teil von PSMs eingebaut, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Dieses kann dann vom rotierenden Magnetfeld des Stators mitgezogen werden, wodurch sich der innere Teil (der Rotor) zu drehen beginnt. Aber nicht nur Antriebsmotoren funktionieren nach diesem Prinzip, sondern auch die Motoren der Außenspiegelverstellung, der Fensterheber und der Scheibenwischer, die Motoren der Öl- und Wasserpumpen, die für die Kühlung und/oder Schmierung benötigt werden, und andere mehr. 

Der 210-kW-Heckmotor APP550 von Volkswagen ist ein Beispiel für einen PSM. Der Rotor mit den (hier nicht sichtbaren) Permanentmagneten ist im linken Teil zu sehen.
Bild von: VW

Bis zum 8. November können Seltene Erden noch ohne Genehmigung exportiert werden, aber der Schiffstransport nach Europa dauert 45 Tage. So besteht nun die Gefahr eines Engpasses, berichtet Reuters. Nach Schätzungen kontrolliert China bis zu 70 Prozent des weltweiten Abbaus Seltener Erden, 85 Prozent der Raffineriekapazität und etwa 90 Prozent der Produktion von Seltenerd-Legierungen und -magneten. 

Die Gruppe der Seltenen Erden (Wikipedia) umfasst die 17 Metalle der Lanthanoide. Man unterscheidet leichte Seltene Erden wie Neodym und schwere wie Ytterbium und Holmium. Die schweren Lanthanoide sind besonders wertvoll, weil man damit Magnete produzieren kann, die nicht so stark gekühlt werden müssen. Man kann auch sehr starke Magnete aus Neodym-Eisen-Bor (Wikipedia) herstellen, aber ohne besondere Behandlung bricht ihr Magnetfeld meist bei Temperaturen über 80 Grad zusammen.

Auch die Ultium-Elektromotoren von GM funktionieren mit Permanentmagneten. Hier das Topaggregat mit 255 kW, links der Rotor, rechts der Stator.
Bild von: General Motors

Die größten wirtschaftlich rentabel abbaubaren Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich in China. Nadine Rajner, Chefin des deutschen Metallpulverlieferanten NMD sagte, auch in Ländern wie Schweden gebe es reichlich Seltene Erden. Doch existierten dort weder Minen noch Raffineriekapazitäten. Bei schweren Seltenen Erden kontrolliere China 99,8 Prozent der weltweiten Raffineriekapazität. 

Permanentmagnet-Synchronmotoren, bei denen Magnete im Rotor unumgänglich nötig sind, sind nur eine Art von Elektromotoren. Von den Exportkontrollen nicht betroffen sind elektrisch erregte Synchronmotoren (EESMs), wie sie BMW, Renault und Nissan verwenden. Hier wird das Magnetfeld im Rotor von Elektromagneten erzeugt, also durch Spulen mit Wicklungen um einen Eisenkern. Asynchronmotoren (ASMs), wie sie zum Beispiel für die Sekundärachse der VW-Allradler zum Einsatz kommen, erzeugen das Feld im Rotor durch Induktion.

In einem EESM kommen im Rotor Elektromagnete zum Einsatz. Hier das Aggregat eines Nissan Ariya, den die US-Ingenieursfirma Munro kürzlich auseinanderbaute. 

Bild von: Munro Live (YouTube)

Chinas Exportkontrolle über die Seltenen Erden zählt derzeit zu den heikelsten Problemen der Industrie. "Sie können uns in zwei Monaten lahmlegen, die gesamte Autoindustrie", sagte Ryan Grimm, der für die Zulieferer zuständige Manager von Toyota Nordamerika.

Wegen der anstehenden Probleme bunkert die Industrie derzeit offenbar Seltene Erden. Auch entwickeln General Motors und Zulieferer wie ZF und BorgWarner Elektromotoren, die ohne oder mit weniger Seltenen Erden auskommen. Aber das dürfte Jahre dauern. Das Gleiche gilt für den Aufbau von Minen und Raffinerien für Seltene Erden in Europa. Zudem gilt die Investition in solche Projekte als riskant. Denn wenn der Handelskrieg wieder abflaut, könnte der Preis für Permanentmagnete fallen, womit die Investitionen zumindest fragwürdig, wenn nicht sinnlos würden.

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Unter dem Strich

Der Handelskrieg zwischen den USA und China bedroht die Weltwirtschaft. Die Elektromobilität ist besonders betroffen, weil die meisten Stromer nun mal von Permanentmagnet-Synchronmotoren angetrieben werden, und in denen stecken Magnete auf Basis von Seltenen Erden. Selbst BMW und Renault, die in ihren Antriebsmotoren Elektromagnete einsetzen, sind betroffen, weil es in den Autos ja noch zahllose weitere kleine E-Motoren gibt, vom Scheibenwischer bis zur Wasserpumpe. Insofern ist zu hoffen, dass sich US-Präsident Dnald Trump und Chinas Staatspräsident Xi Jinping einigen. 

Unser Titelbild zeigt eine stilisierte Darstellung des Minerals Monazit, aus dem Selenerd-Elemente wie Cer, Lanthan und Neodym gewonnen werden.