Die 27-jährige ETH-Chemikerin Marie Perrin hat durch einen glücklichen Zufall ein Verfahren zum Recycling von Seltenen Erden entdeckt. Foto: ETH Zurich, Kilian Kessler
Die 27-jährige ETH-Chemikerin Marie Perrin hat durch einen glücklichen Zufall ein Verfahren zum Recycling von Seltenen Erden entdeckt. Foto: ETH Zurich, Kilian Kessler
Marie Perrin, 27 ans, est chimiste de l’École polytechnique fédérale. Elle a découvert grâce à un heureux hasard un procédé de recyclage des terres rares. Photo: ETH Zurich, Kilian Kessler
La ventisettenne Marie Perrin lavora come chimica presso il Politecnico federale di Zurigo e ha scoperto grazie a una fortunata coincidenza una procedura per riciclare le terre rare. Foto: Politecnico federale di Zurigo, Kilian Kessler
ETH-Chemikerin entdeckt Verfahren für Recycling Seltener Erden
ETH-Chemikerin entdeckt Verfahren für Recycling Seltener Erden
Une chimiste de 27 ans découvre un procédé révolutionnaire
La scoperta rivoluzionaria di una chimica del Politecnico federale
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Der Abbau von Seltenen Erden ist umweltschädlich und wird von China kontrolliert. Die Chemikerin Marie Perrin (27) hat eine Methode entwickelt, die beide Probleme lösen könnte.
Der Abbau von Seltenen Erden ist umweltschädlich und wird von China kontrolliert. Die Chemikerin Marie Perrin (27) hat eine Methode entwickelt, die beide Probleme lösen könnte.
L'extraction des terres rares, contrôlée par la Chine, est néfaste pour l'environnement. Marie Perrin a développé une méthode qui pourrait solutionner ces deux problèmes.
Il problema è che l’estrazione di questi elementi è dannosa per l’ambiente ed è controllata dalla Cina. La chimica Marie Perrin ha sviluppato un metodo per risolvere entrambi i problemi.
«Warum ist der Himmel blau? Wie entstehen die Wolken?» fragte sich Marie Perrin schon als Kind. «Schon damals war ich sehr neugierig», erinnert sie sich. Ihre Neugierde sorgte nicht nur dafür, dass die Tochter zweier Wissenschaftler die Welt um sie herum von Jahr zu Jahr besser verstand. Sie könnte auch bald ein Grund sein, warum sich diese Welt verändert. Die heute 27-Jährige hat mit ihrem Team an der ETH Zürich eine Methode entwickelt, mit der sich Seltene Erden recyceln lassen.
Wichtige Ressource für die Energiewende
Seltene Erden sind 17 Metalle, die in jeglichen modernen Geräten verwendet werden: in Batterien, Smartphones und Computern, in Windturbinen und Elektroautos. «Sie sind überall um uns herum», sagt Perrin, «aber nur ein Prozent aller Seltenen Erden wird recycelt.» Das Recycling wäre wichtig, denn durch die Energiewende werden immer mehr Seltene Erden benötigt. Ihre Gewinnung ist nicht nur teuer, sondern auch sehr umweltschädlich und setzt oft Radioaktivität frei.
Ausserdem schwebt ein geopolitisches Problem über ihnen: Rund 70 Prozent der Seltenen Erden werden in China abgebaut. Was das für den Rest der Welt bedeuten kann, zeigte sich im Jahr 2010. Damals kam es zu einem Konflikt zwischen China und Japan. China stoppte informell die Exporte von Seltenen Erden nach Japan. Die Preise stiegen um über 1000 Prozent und es kam zu Versorgungsengpässen in der ganzen Welt. «Wenn man das mit Erdöl vergleicht: Dort haben die grössten Exportländer einen Marktanteil von 30 bis 40 Prozent», erklärt Marie Perrin.
Glühbirnen aus ETH-Müll
«Wir hatten Glück, dass wir auf diese Methode gestossen sind», erinnert sich Perrin. Ursprünglich hatte ihre Forschung nichts mit dem Recycling von Seltenen Erden zu tun. Aber sie entdeckte, dass die Moleküle, die sie untersuchte, das Potenzial hatten, genau das zu tun. Die Chemikerin widmete sich der Forschungsarbeit: «Ich fischte alte Energiesparlampen aus den ETH-Recycling-Mülltonnen und experimentierte mit ihnen im Labor», sagt Perrin. Bis es ihr gelang, die Seltene Erde Europium aus der Glühbirne zu trennen.
Perrin vergleicht den Prozess mit dem Pizzabacken: Man stelle sich vor, man mischt eine Prise Salz in einen Pizzateig. Wie kann man das Salz zurückgewinnen, das sich nun im Teig verteilt hat? Man braucht etwas, das die Elemente des Teiges von den Elementen des Salzes unterscheiden und trennen kann. Im Fall von Marie Perrin heisst diese Zutat Tetrathiometallat. «Mit den bekannten Methoden musste dieser Vorgang mehrmals wiederholt werden», erklärt Perrin. «Das erfordert einen enormen Aufwand an Ressourcen.» Mit Perrins Verfahren kann die Seltene Erde Europium in einem einzigen Arbeitsgang in hoher Reinheit von den anderen Elementen der Glühbirne getrennt werden.
Eigeninitiative gefragt
Perrins Forschungsteam veröffentlichte die Ergebnisse in der Fachzeitschrift «Nature Communications», meldete ein Patent an und sah sich mit der Frage konfrontiert: Was nun? «Entweder man verkauft die Lizenz an grössere Chemieunternehmen oder man entwickelt die Technologie selbst weiter», erklärt Perrin. «Für mich war klar, dass ich es selbst machen wollte.» Das Risiko, dass das Potenzial des Verfahrens in einer Schublade bei einem grossen Unternehmen verstaubt, war ihr zu gross – wie auch die Neugierde, herauszufinden, wohin die Technologie sie führen könnte.
Zusammen mit einer alten Schulfreundin und ihrem Doktorvater gründete Marie Perrin das Start-up REEcover. Das Ziel: das Verfahren mit den Glühbirnen in einem ersten Schritt skalierbar zu machen. In einem zweiten Schritt soll es auf andere der 16 verbleibenden Seltenen Erden ausgeweitet werden. «Ich bin Forscherin und hatte keine Erfahrung im Unternehmertum», sagt die Französin. Aber ihre Neugier treibt sie auch hier voran: «Es gibt jeden Tag etwas Neues, das macht Spass.»
Vielversprechende Zukunft
«Unser Timing ist gut», ist sich Perrin bewusst. Die Europäische Union hat 2024 ein Gesetz zu kritischen Rohstoffen verabschiedet. Eines der Ziele des Gesetzes lautet, die Abhängigkeit von Seltenen Erden aus China zu verringern. Auch deshalb gilt REEcover als eines der vielversprechendsten Start-ups an der ETH.
Mit der Energiewende steigt der Bedarf an Seltenen Erden. Doch deren Abbau ist umweltschädlich und wird von China kontrolliert. Foto: Unsplash
«Warum ist der Himmel blau? Wie entstehen die Wolken?» fragte sich Marie Perrin schon als Kind. «Schon damals war ich sehr neugierig», erinnert sie sich. Ihre Neugierde sorgte nicht nur dafür, dass die Tochter zweier Wissenschaftler die Welt um sie herum von Jahr zu Jahr besser verstand. Sie könnte auch bald ein Grund sein, warum sich diese Welt verändert. Die heute 27-Jährige hat mit ihrem Team an der ETH Zürich eine Methode entwickelt, mit der sich Seltene Erden recyceln lassen.
Wichtige Ressource für die Energiewende
Seltene Erden sind 17 Metalle, die in jeglichen modernen Geräten verwendet werden: in Batterien, Smartphones und Computern, in Windturbinen und Elektroautos. «Sie sind überall um uns herum», sagt Perrin, «aber nur ein Prozent aller Seltenen Erden wird recycelt.» Das Recycling wäre wichtig, denn durch die Energiewende werden immer mehr Seltene Erden benötigt. Ihre Gewinnung ist nicht nur teuer, sondern auch sehr umweltschädlich und setzt oft Radioaktivität frei.
Ausserdem schwebt ein geopolitisches Problem über ihnen: Rund 70 Prozent der Seltenen Erden werden in China abgebaut. Was das für den Rest der Welt bedeuten kann, zeigte sich im Jahr 2010. Damals kam es zu einem Konflikt zwischen China und Japan. China stoppte informell die Exporte von Seltenen Erden nach Japan. Die Preise stiegen um über 1000 Prozent und es kam zu Versorgungsengpässen in der ganzen Welt. «Wenn man das mit Erdöl vergleicht: Dort haben die grössten Exportländer einen Marktanteil von 30 bis 40 Prozent», erklärt Marie Perrin.
Glühbirnen aus ETH-Müll
«Wir hatten Glück, dass wir auf diese Methode gestossen sind», erinnert sich Perrin. Ursprünglich hatte ihre Forschung nichts mit dem Recycling von Seltenen Erden zu tun. Aber sie entdeckte, dass die Moleküle, die sie untersuchte, das Potenzial hatten, genau das zu tun. Die Chemikerin widmete sich der Forschungsarbeit: «Ich fischte alte Energiesparlampen aus den ETH-Recycling-Mülltonnen und experimentierte mit ihnen im Labor», sagt Perrin. Bis es ihr gelang, die Seltene Erde Europium aus der Glühbirne zu trennen.
Perrin vergleicht den Prozess mit dem Pizzabacken: Man stelle sich vor, man mischt eine Prise Salz in einen Pizzateig. Wie kann man das Salz zurückgewinnen, das sich nun im Teig verteilt hat? Man braucht etwas, das die Elemente des Teiges von den Elementen des Salzes unterscheiden und trennen kann. Im Fall von Marie Perrin heisst diese Zutat Tetrathiometallat. «Mit den bekannten Methoden musste dieser Vorgang mehrmals wiederholt werden», erklärt Perrin. «Das erfordert einen enormen Aufwand an Ressourcen.» Mit Perrins Verfahren kann die Seltene Erde Europium in einem einzigen Arbeitsgang in hoher Reinheit von den anderen Elementen der Glühbirne getrennt werden.
Eigeninitiative gefragt
Perrins Forschungsteam veröffentlichte die Ergebnisse in der Fachzeitschrift «Nature Communications», meldete ein Patent an und sah sich mit der Frage konfrontiert: Was nun? «Entweder man verkauft die Lizenz an grössere Chemieunternehmen oder man entwickelt die Technologie selbst weiter», erklärt Perrin. «Für mich war klar, dass ich es selbst machen wollte.» Das Risiko, dass das Potenzial des Verfahrens in einer Schublade bei einem grossen Unternehmen verstaubt, war ihr zu gross – wie auch die Neugierde, herauszufinden, wohin die Technologie sie führen könnte.
Zusammen mit einer alten Schulfreundin und ihrem Doktorvater gründete Marie Perrin das Start-up REEcover. Das Ziel: das Verfahren mit den Glühbirnen in einem ersten Schritt skalierbar zu machen. In einem zweiten Schritt soll es auf andere der 16 verbleibenden Seltenen Erden ausgeweitet werden. «Ich bin Forscherin und hatte keine Erfahrung im Unternehmertum», sagt die Französin. Aber ihre Neugier treibt sie auch hier voran: «Es gibt jeden Tag etwas Neues, das macht Spass.»
Vielversprechende Zukunft
«Unser Timing ist gut», ist sich Perrin bewusst. Die Europäische Union hat 2024 ein Gesetz zu kritischen Rohstoffen verabschiedet. Eines der Ziele des Gesetzes lautet, die Abhängigkeit von Seltenen Erden aus China zu verringern. Auch deshalb gilt REEcover als eines der vielversprechendsten Start-ups an der ETH.
Mit der Energiewende steigt der Bedarf an Seltenen Erden. Doch deren Abbau ist umweltschädlich und wird von China kontrolliert. Foto: Unsplash
«Pourquoi le ciel est-il bleu? Comment se forment les nuages?», se demandait Marie Perrin lorsqu’elle était enfant. «Déjà à l’époque, j’étais très curieuse», se souvient-elle. Sa curiosité n’a pas seulement permis à cette fille de deux scientifiques de progressivement mieux comprendre le monde qui l’entoure, elle pourrait aussi bientôt être un moteur du changement de ce dernier. La jeune femme, aujourd’hui âgée de 27 ans, a en effet développé avec son équipe de l’École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) une méthode permettant de recycler les terres rares.
Une ressource importante pour la transition énergétique
Les terres rares? Dix-sept métaux utilisés dans la conception de l’ensemble des appareils modernes, comme les batteries, les smartphones et les ordinateurs, mais aussi les éoliennes et les voitures électriques. «Elles sont partout autour de nous, affirme Marie Perrin. Toutefois, seul 1% de toutes les terres rares est recyclé.» Leur recyclage serait pourtant important, car la transition énergétique nécessite de plus en plus de terres rares. Leur extraction est non seulement coûteuse, mais également très polluante, sans compter qu’elle libère souvent de la radioactivité.
En outre, un problème géopolitique plane au-dessus d’elles: environ 70% des terres rares sont extraites en Chine. En 2010, on a bien pu voir ce que cela pouvait signifier pour le reste du monde en cas de conflit, en l’occurrence entre le Japon et la Chine. Cette dernière a stoppé de manière informelle les exportations de terres rares vers le Japon. Les prix ont alors augmenté de plus de 1000% et des pénuries d’approvisionnement ont eu lieu dans le monde entier. «Si l’on compare avec le pétrole, on se rend compte que là, les plus grands pays exportateurs ont une part de marché de 30 à 40%», explique Marie Perrin.
Des ampoules récupérées dans les poubelles de l’EPFZ
«Nous avons eu de la chance de tomber sur cette méthode», se souvient Marie Perrin. À l’origine, ses recherches n’avaient en effet rien à voir avec le recyclage des terres rares. Elle a pourtant découvert que les molécules qu’elle étudiait avaient exactement ce potentiel-là. La chimiste s’est alors consacrée à ce travail de recherche: «Je récupérais de vieilles ampoules à économie d’énergie dans les poubelles de recyclage de l’EPFZ et je les expérimentais en laboratoire», raconte Marie Perrin. Jusqu’à ce qu’elle parvienne à séparer l’europium, une terre rare, de l’ampoule.
Marie Perrin compare le processus à la cuisson d’une pizza… Imaginez que vous mélangiez une pincée de sel à une pâte à pizza. Comment peut-on récupérer le sel qui s’est maintenant répandu dans la pâte? Il faut quelque chose qui puisse distinguer les éléments de la pâte de ceux du sel, puis les séparer. Dans le cas de Marie Perrin, cet ingrédient s’appelle le tétrathiométallate. «Avec les méthodes connues, il fallait répéter ce processus plusieurs fois, ce qui demande énormément de ressources», explique Marie Perrin. Avec son procédé, l’europium peut être séparé des autres éléments de l’ampoule en une seule opération et avec une grande pureté.
Poursuivre une initiative personnelle
L’équipe de recherche de Marie Perrin a publié ses résultats dans la revue scientifique Nature Communications, puis elle a déposé une demande de brevet et s’est trouvée confrontée à cette question: que faire maintenant? «Soit nous vendions la licence à de grandes entreprises du secteur de la chimie, soit nous continuions nous-mêmes à développer la technologie, explique Marie Perrin. Pour moi, il était clair que je voulais le faire par mes propres moyens.» Pour elle, le risque que le potentiel de ce procédé prenne la poussière dans le tiroir d’une grande firme était trop grand. Elle était aussi curieuse de découvrir où la technologie pourrait la mener.
Avec une ancienne camarade d’école et son directeur de thèse, Marie Perrin a fondé la start-up REEcover. Son objectif? Dans un premier temps, appliquer à grande échelle son procédé avec les ampoules électriques. Dans un deuxième temps, l’étendre aux seize autres terres rares restantes. «Je suis chercheuse et je n’avais pas d’expérience dans l’entrepreneuriat», explique la Française. Cela dit, sa curiosité la pousse là aussi à aller de l’avant: «Comme il y a quelque chose de nouveau tous les jours, c’est amusant.»
Un avenir prometteur
«Notre timing est bon», est consciente Marie Perrin. L’Union européenne a adopté en 2024 une loi sur les matières premières critiques. L’un de ses objectifs est de réduire notre dépendance vis-à-vis des terres rares en provenance de Chine. C’est aussi pour cette raison que REEcover est considérée comme l’une des start-up les plus prometteuses de l’Ecole polytechnique fédérale.
Avec le tournant énergétique, les besoins en terres rares augmentent. Mais leur extraction est nuisible à l’environnement et contrôlée par la Chine. Photo: Unsplash
«Perché il cielo è blu? Da dove vengono le nuvole?» Marie Perrin se lo chiedeva già da bambina. «Sono sempre stata molto curiosa», racconta. La sua curiosità non si è limitata a far sì che Marie, figlia di due ricercatori, comprendesse sempre meglio il mondo di anno in anno. È presto diventata il motivo per cui ha voluto impegnarsi a cambiarlo. In collaborazione con il suo team del Politecnico di Zurigo, l’oggi ventisettenne ha sviluppato un metodo grazie al quale è possibile riciclare le terre rare.
Risorse essenziali per la svolta energetica
Le terre rare sono diciassette metalli che vengono utilizzati in tutti gli apparecchi moderni: nelle batterie, negli smartphone, nei computer, nelle turbine eoliche e nelle auto elettriche. «Si trovano ovunque attorno a noi», spiega Perrin, «ma solo l‘uno per cento di tutte le terre rare viene riciclato.» Il riciclaggio è importante poiché la svolta energetica necessita di una quantità sempre maggiore di terre rare. L’estrazione non è solo costosa ma anche decisamente nociva per l’ambiente e libera radiazioni.
Inoltre, entra in gioco anche un grave problema geopolitico: circa il 70 per cento delle terre rare viene estratto in Cina. Cosa ciò può significare per il resto del mondo è risultato evidente nel 2010: in quell’anno è nato un conflitto tra Cina e Giappone e la Cina ha sospeso in maniera informale tutte le esportazioni di terre rare verso il Giappone. Di conseguenza, i prezzi sono aumentati di oltre il 100 per cento e ci sono stati enormi problemi di approvvigionamento in tutto il mondo. «Se compariamo il mercato delle terre rare a quello del petrolio, nel settore petrolifero i maggiori esportatori detengono una quota di mercato del 30-40 per cento», spiega Marie Perrin.
Lampadine trovate nella spazzatura del Politecnico
«Abbiamo avuto fortuna a scoprire questo metodo», racconta Perrin. Originariamente, la sua ricerca non aveva nulla a che fare con il riciclaggio delle terre rare. Perrin ha però scoperto che la molecola che stava studiando si prestava perfettamente a questa procedura. La chimica si è quindi concentrata su questa potenzialità: «Ho ripescato alcune vecchie lampade a risparmio energetico dai container della spazzatura del Politecnico e ho avviato alcuni esperimenti in laboratorio», spiega Perrin. È infine riuscita a separare la terra rara europio dalle lampadine.
Perrin compara il processo alla cottura della pizza: immaginiamo di aver aggiunto una presa di sale all’impasto della pizza. Come possiamo separare il sale che ormai si è mescolato con l‘impasto? Serve qualcosa che distingua gli elementi dell’impasto dagli elementi del sale e possa separarli. Nel caso di Marie Perrin, questo ingrediente si chiama «tetrathiometalate». «Con il metodo conosciuto finora, la procedura andava ripetuta più volte», spiega Perrin. «Ciò causa un enorme consumo di risorse.» Con la procedura sviluppata da Perrin, la terra rara europio può essere separata dagli altri elementi della lampadina in una sola passata e con una purezza elevata.
Prendere l’iniziativa
Il team di ricerca di Perrin ha pubblicato i risultati nella rivista specializzata Nature Communications, ha registrato un brevetto e si è trovato confrontato con una domanda: cosa fare adesso? «Si può vendere la licenza alle grandi imprese chimiche oppure continuare personalmente a sviluppare la tecnologia», spiega Perrin. «Per me era chiaro che avrei continuato personalmente la ricerca.» Il rischio che il potenziale di questa procedura finisse dimenticato nel cassetto di qualche grande impresa era troppo elevato. E troppo elevata era naturalmente anche la curiosità di scoprire dove può portare una simile tecnologia.
Insieme ad una ex compagna di scuola e al relatore della sua tesi, Marie Perrin ha fondato la start-up REEcover. Il primo obiettivo è quello di rendere scalabile la procedura con le lampadine. In una seconda fase, la procedura verrà estesa anche alle altre 16 terre rare. «Sono una ricercatrice, non ho esperienza nella gestione di un‘impresa», spiega Perrin. La sua curiosità la spinge però a proseguire le ricerche: «Tutti i giorni c’è qualcosa di nuovo, è divertente.»
Un futuro promettente
«Il nostro timing è ottimo», spiega Perrin. Nel 2024, l’Unione europea ha approvato una legge sulle materie prime critiche. Uno degli obiettivi della legge è ridurre la dipendenza dalla Cina sul mercato delle terre rare. Ecco perché REEcover è una delle start-up più promettenti del Politecnico.
