Das Element Scandium
Auf dieser Seite erfahren Sie mehr über die Seltene Erde
Name: Scandium
Symbol: Sc
Ordnungszahl: 21
Dichte: 2,99 g/cm3
Schmelzpunkt: 1.541 °C
Siedetemperatur: 2.831 °C
Scandium zählt zu den Übergangsmetallen im Periodensystem.
Einleitung
Grüne Energie: Scandium als wichtiger Baustein für die Energiewende
Ein kleiner Markt und ein durch Wasserstofftechnologien möglicherweise stark steigender Bedarf: Scandium gehört zu den Seltenerdelementen mit einem großen Versorgungsrisiko. Für die Gewinnung von grünem Strom könnte sich der Bedarf bis 2040 nahezu vervierfachen.
Entdeckungsgeschichte von Scandium zog sich über 66 Jahre
Hauptanwendungsgebiete von Scandium
Der Entdecker von Scandium
Lars Fredrik Nilson, Chemiker und Entdecker des Elements Scandium, lebte von 1840 bis 1899 in Schweden. Nilson war unter anderem Professor an der Universität in Uppsala. Neben seinen Erfolgen in der Chemie leistete er auch bedeutende Beiträge zur schwedischen Agrarwissenschaft und war Leiter der Landwirtschaftlichen Chemischen Experimentierstation in Stockholm.
Eigenschaften
Scandium ähnelt Aluminium in Gewicht und Aussehen
Das silbrige Metall Scandium läuft an der Luft an und verfärbt sich leicht gelblich. Es ähnelt Aluminium in Gewicht und Aussehen. Zusammen mit Yttrium nimmt Scandium eine Sonderstellung innerhalb der Seltenen Erden ein: Obwohl beide ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften wie diese besitzen, unterscheidet sich die atomare Struktur von den restlichen Seltenen Erden, die als Lanthanoide bezeichnet werden.
Anwendungsgebiete
Viele Anwendungsgebiete und wichtiges Element für die Brennstoffzellentechnologie
Das wichtigste Anwendungsgebiet Scandiums ist die Brennstoffzellentechnologie. Sie ermöglicht die Stromerzeugung mittels chemischer Prozesse. Die bekannteste Form ist die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, wie sie in Fahrzeugen vorkommt. Einsatz finden Brennstoffzellen zunehmend auch als Energiequelle in der Industrie. Verwendet werden dabei Festoxidbrennstoffzellen (SOFC von engl. Solid Oxide Fuel Cell), in denen Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid als Elektrolyt benutzt wird. Der Scandiumbedarf für dieses Feld lag 2018 bei circa 55 Prozent der weltweiten Förderung. Laut Berechnungen der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) könnte der Bedarf im Jahr 2040 das 2,7-fache der Produktion von 2018 betragen.
Das Element findet aber auch in einer Reihe anderer Bereiche Einsatz. Beispielsweise wird es in der Beleuchtungstechnik eingesetzt, da es ein tageslichtähnliches Licht erzeugt. Außerdem schätzt die Luftfahrt Aluminium-Scandium-Legierungen aufgrund ihrer hohen Stabilität bei geringem Gewicht.
Wasserelektrolyse
Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für klimafreundliche Industrien und den Schwerlastverkehr. Durch Wasserelektrolyse entsteht dieser mit Ökostrom. Die steigende Wasserstoffwirtschaft könnte die Nachfrage nach Seltenen Erden für Elektrolyseure erhöhen.
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Leuchtmittel
Leuchtstoffröhren waren lange Zeit Standard in der Beleuchtung. Moderne Energiesparlampen und LED-Leuchten nutzen ähnliche Technologien zur Weißlichterzeugung. Tablets, Smartphones und Bildröhren verwenden ähnliche Komponenten für die Farbdarstellung.
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Luftfahrt
Seltenerdhaltige Metall-Legierungen in Tragflächen und Rumpf machen Flugzeuge leichter und erhöhen die Reichweite durch geringeren Kraftstoffverbrauch. Neben dem Einsatz im Flugzeugkörper werden Seltene Erden auch in Motoren der Elektronik und des Fahrwerks verbaut.
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Metall-Legierungen
Metall-Legierungen sind Verbindungen metallischer Werkstoffe. Moderne Mischmetalle enthalten Seltene Erden und verbessern beispielsweise die Stahlfestigkeit und sind in Flugzeugmotoren sowie Zündsteinen entscheidend.
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Vorkommen
Scandium-Bedarf könnte sich laut Studie nahezu vervierfachen
Elementar tritt das silbrig-weiße Scandium nicht auf, sondern findet sich in kleinen Mengen in über 800 Mineralien. Als Begleitelement kommt Scandium in diesen Mineralien in Gehalten von etwa 0,5 bis 100 ppm vor. Das wichtigste scandiumhaltige Erz ist Thortveitit. Die genaue jährliche Fördermenge ist aufgrund einer uneinheitlichen Datenlage nicht klar definierbar. Derzeit werden in verschiedenen Quellen jährliche Fördermengen von etwa zehn bis 20 Tonnen Scandium angegeben, die DERA ging 2021 von 14 bis 16 Tonnen aus. China war 2021 das bedeutendste Förderland mit zehn Tonnen Scandium pro Jahr. Dies entspricht mehr als 75 Prozent der gesamten Produktionsmenge. Wie auch die übrigen Seltenerdelemente wird Scandium aufgrund der niedrigen Konzentrationen, in denen es primär vorkommt, nur als Neben- oder Beiprodukt der Gewinnungsprozesse von Eisenerz, Titan, Zirkonium, Uran, Kobalt, Nickel und Apatit gewonnen.
Deutlich höhere Produktionsmenge umsetzbar
Laut DERA scheint mittelfristig eine deutliche Steigerung der jährlichen globalen Produktionsmenge an Scandium realisierbar. Offen bleibe aber, ob die steigende Nachfrage gedeckt werden könne, denn bisher hätten die relativ geringe Produktion und ein gleichzeitig hoher Preis einem flächendeckenden Einsatz im Wege gestanden. Bis 2040 könnte die Nachfrage auf bis zu 72 Tonnen steigen, allein durch die Nutzung in Brennstoffzellen, so die DERA weiter.
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