Wissenschaftler der University of Exeter und des British Geological Survey (BGS) haben zusammen mit einem Team von Institutionen in ganz Europa ein neues geologisches 3D-Modell entwickelt, das als Leitfaden für die Exploration von Seltenerdelementen (REE) dienen soll, die für die Entwicklung erneuerbarer Energien von entscheidender Bedeutung sind und Transport.
Das Modell zielt auf alkalische Eruptivsysteme ab, die viele der REE-Lagerstätten der Welt beherbergen.
Die Entwicklung einer dekarbonisierten erneuerbaren Energie- und Verkehrsinfrastruktur erfordert ein neues Gleichgewicht von Mineralien, einschließlich größerer Mengen an Metallen. Die steigende Nachfrage kann nicht durch Recycling gedeckt werden.
Kritische Mineralien sind solche, bei denen ein hohes Versorgungsrisiko besteht, beispielsweise Spezialmaterialien, die nur in einer Handvoll Ländern hergestellt werden. Dazu gehören die Seltenen Erden oder REE, die Bezeichnung für 17 chemisch ähnliche, metallische Elemente, die in einer Vielzahl von Mineralien vorkommen und gemeinsam abgebaut werden.
REE sind wesentliche Rohstoffe für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter unter anderem Permanentmagnete, Metalllegierungen, Keramik und Glas, wiederaufladbare Batterien und Faseroptik.
Sie sind daher von entscheidender Bedeutung für Technologien, die den weltweiten Übergang zu erneuerbaren Energien unterstützen, von Windkraftanlagen über Elektrofahrzeuge bis hin zu Kommunikationsnetzen und mehr.
Trotzdem sind Explorationsmodelle für REE vergleichsweise weniger gut entwickelt als die für Haupt- und Edelmetalle wie Eisen, Kupfer und Gold, auf die sich der Großteil der Mineralexplorationsbranche weiterhin konzentriert.
Um dies anzugehen, hat ein multidisziplinäres Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Wirtschaftsgeologen bei BGS zum ersten Mal ein geologisches 3D-Modell entwickelt, das dabei helfen wird, die Exploration nach REE unter Verwendung sowohl geophysikalischer als auch geochemischer Ansätze zu leiten.
Gruppen von alkalischen Eruptivgesteinen mit einer gemeinsamen geologischen Geschichte (alkalische Eruptivsysteme) kommen an vielen Orten auf der ganzen Welt vor und sind häufige Wirte von REE-Lagerstätten.
Das neue Modell, das auf einer Zusammenstellung von Karten, geophysikalischen und geochemischen Daten sowie petrologischen Beobachtungen aus alkalischen magmatischen Systemen weltweit basiert, ist in veröffentlicht Wirtschaftsgeologie.
Es wurde im Rahmen von HiTech AlkCarb entwickelt, einem Horizon 2020-Projekt der Europäischen Union unter der Leitung der University of Exeter mit 40 Teilnehmern, die über geologische Untersuchungen, Unternehmen und Universitäten in ganz Europa verteilt sind.
Dr. Charles Beard, wissenschaftlicher Mitarbeiter der University of Cambridge und Hauptautor der Arbeit, sagt, dass „die Dekarbonisierung von Energie und Transport die Nachfrage nach vielen Metallen, einschließlich kritischer Rohstoffe wie Seltenerdelemente, steigern wird“.
„Da die historische Nachfrage nach REEs gering war, werden ihre Lieferketten von einer Handvoll Länder dominiert, die früh investiert haben. Unser Verständnis der Geologie von REE-Lagerstätten basierte weitgehend auf detaillierten Studien einzelner Vorkommen mit einer Vielzahl komplexer lokaler Nomenklatur – ein Hindernis für die Exploration im Vergleich zu reiferen Rohstoffen wie Kupfer oder Gold.“
„Das Ziel dieser Arbeit war es, einen mehrskaligen REE-Explorationsleitfaden mit Alkali-Silikat-Systemen zu erstellen, der es Geologen ermöglicht, aussichtsreiche Regionen und REE-Lagerstätten effizienter zu lokalisieren.“
„Dies geschah durch die Synthese verschiedener Beobachtungen aus Karten, geophysikalischen Modellen und geochemischen Indikatoren, um einen Arbeitsablauf für Entdecker zu generieren, der vom kontinentalen bis zum Lagerstättenmaßstab anwendbar ist. Die Veröffentlichung enthält ein schematisches 3D-Modell für alkalische Silikatsysteme, das die Position verschiedener Arten von kritische Mineralvorkommen.“
Professor Frances Wall von der Camborne School of Mines an der University of Exeter, Koordinatorin des HiTech AlkCarb-Projekts und Mitautorin der Arbeit, fügte hinzu: „Ich freue mich über die Veröffentlichung dieses Papiers und bin mir sicher, dass es die ‚ go to‘ Referenz für Wirtschaftsgeologen, die nach REE in alkalischen Gesteinen suchen, sowie für zukünftige Forscher.“
„Wir haben das 3D-Modell erstellt, damit Geologen, die noch keine Erfahrung mit alkalischen Gesteinen haben, schnell die wichtigsten Punkte lernen können, um die Suche nach REE zu leiten. Der Hauptteil des Papiers enthält eine umfassende, eingehende Überprüfung und Diskussion der Wissenschaft.“
Dr. Kathryn Goodenough, leitende Geologin von BGS und Mitautorin der Arbeit, sagt, dass „die weltweite Nachfrage nach kritischen Mineralien im 21. Jahrhundert ein beispielloses Wachstum erfahren hat. Der Großteil der weltweiten Ressourcen einiger dieser Elemente, insbesondere der REE, wird gefunden in alkalischen Eruptivsystemen.“
„Obwohl REE-Vorkommen auf der ganzen Welt vorhanden sind, beschränken sich die Minen hauptsächlich auf China, von dem die EU immer noch hauptsächlich für Importe abhängig ist. unser Verständnis der 3D-Strukturen dieser Lagerstätten zu entwickeln.“
„Dies ist das erste Mal, dass ein Modell auf diese Weise visualisiert wurde. Wir empfahlen auch geophysikalische und geochemische Ansätze für die Explorationsziele sowie Mineralverarbeitungs- und Umweltfaktoren, die für die Entwicklung von Mineralressourcen relevant sind, die von alkalischen Eruptivsystemen beherbergt werden.“
Charles D. Beard et al, Alkaline-Silicate REE-HFSE Systems, Wirtschaftsgeologie (2022). DOI: 10.5382/econgeo.4956