Chinas Gallium- und Germaniumkontrollen: Was sie bedeuten und was als nächstes passieren könnte

Germanium ist auf einem undatierten Foto zu sehen. Für einige Technologien ist es von entscheidender Bedeutung, und einige befinden sich in Alaska. (Foto von Alchemist-hp, Wikimedia Commons)

Ab August wird China den Export von Gallium und Germanium einschränken, zwei kritischen Elementen für die Herstellung von Halbleiterchips. Da China die Lieferung beider Elemente dominiert, benötigen Exporteure nun spezielle Lizenzen, um sie aus dem Land zu exportieren. Der Schritt könnte einer Reihe westlicher Technologiehersteller schaden, die diese Elemente zur Herstellung ihrer Produkte verwenden.

Der Schritt ist Berichten zufolge eine Reaktion auf westliche Beschränkungen für Geräte, die für die Herstellung von Halbleiterbauelementen unerlässlich sind (und wurde in einem früheren Artikel in The Conversation vorgewarnt). Vor allem der US-amerikanische CHIPS and Science Act von 2022 schränkte den Export von High-End-Mikrochips und -Technologie nach China ein, was möglicherweise Auswirkungen auf Pekings Kapazitäten für Hochleistungsrechnen in Bereichen wie der Verteidigung hatte. Auch andere Länder wie Japan und die Niederlande haben Beschränkungen verhängt.

Wie wichtig sind also die neuen chinesischen Beschränkungen und welche Auswirkungen werden sie voraussichtlich haben?

Silizium ist das am häufigsten verwendete Material in Halbleitern und kommt in großen Mengen vor. Aber Germanium und Gallium haben spezifische Eigenschaften, die schwer zu reproduzieren sind und sich für bestimmte Nischenanwendungen eignen. Diese werden in unzählige Geräte wie Smartphones, Laptops, Solarpaneele und medizinische Geräte sowie in Verteidigungsanwendungen integriert.

Beide Elemente sind auch für den technologischen Fortschritt in den nächsten Jahren von entscheidender Bedeutung. Germanium ist besonders in Raumfahrttechnologien wie Solarzellen nützlich, da es widerstandsfähiger gegen kosmische Strahlung ist als Silizium. Da bei einigen Technologien die physikalischen Grenzen von Silizium erreicht werden, wird ein verstärkter Einsatz von Germanium als Möglichkeit zur Überwindung dieser Grenzen in Betracht gezogen. In einigen Halbleitern wird es bereits in geringen Mengen eingesetzt, um beispielsweise den Elektronenfluss und die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.

Gallium wird zu 95 % in einem Material namens Galliumarsenid verwendet, das in Halbleitern mit höherer Leistung und geringerem Stromverbrauch als Silizium verwendet wird. Diese werden beispielsweise in blauen und violetten LEDs und Mikrowellengeräten verwendet.

Mittlerweile wird Galliumnitrid in Halbleitern in Komponenten für Elektrofahrzeuge, Sensoren, High-End-Funkkommunikation, LEDs und Blu-Ray-Player verwendet. Es wird erwartet, dass der Einsatz erheblich zunehmen wird.

Sowohl Gallium als auch Germanium stehen auf der Liste der kritischen Elemente der Europäischen Union und der USA. Das Vereinigte Königreich betrachtet Gallium als entscheidend für seine Produktionsinteressen, sieht Germanium jedoch als weniger wichtig an.

China kontrolliert etwa 60 % aller Germaniumlieferungen. Das Element wird hauptsächlich auf zwei Arten gewonnen: als Nebenprodukt der Zinkproduktion und aus Kohle. Diese machen etwa 75 % bzw. 25 % des Gesamtangebots aus. China dominiert Germanium, das aus der Zinkproduktion stammt. Die USA sind einer der alternativen Lieferanten mit Vorkommen in Alaska und Tennessee und zusätzlichen Raffineriekapazitäten in Kanada. Aber so wie es aussieht, sind die USA immer noch zu über 50 % auf importiertes Germanium angewiesen.

Germanium aus Kohle hat mehrere Nachteile. Zwei der Hauptproduzenten sind Russland und die Ukraine, und der Krieg hat die Lieferungen aus beiden Ländern in den Westen beeinträchtigt. In den Jahren 2017 bis 2020 lieferte Russland beispielsweise 9 % des US-amerikanischen Germaniumbedarfs, doch dies dürfte nun aufgehört haben. Als Reaktion auf die chinesischen Beschränkungen plant Russland, die Germaniumproduktion für seinen Heimatmarkt zu steigern. Dies könnte zumindest die weltweite Nachfrage lindern, auch wenn es dem Westen nicht direkt hilft.

Germanium aus Kohle ist auch der Energiewirtschaft ausgeliefert, da bestimmte elementreiche Kohlen als Energiequelle verbrannt werden. Darüber hinaus wird die Gewinnung von Germanium aus Kohle schwieriger, da ein Großteil der Welt den Ausstieg aus der Kohleverstromung anstrebt, was wiederum zu einer Verknappung der Versorgung führen könnte.

Bei Gallium deckt China rund 80 % des weltweiten Angebots ab und bezieht es hauptsächlich aus der Aluminiumproduktion. Eigentlich herrscht kein Mangel an Gallium, aber schon vor der neuen Kontrolle war die Versorgung durch fehlende Produktionskapazitäten eingeschränkt.

Gallium wird auch durch das Recycling von Halbleiterwafern gewonnen, bei denen es sich um dünne Halbleiterscheiben handelt, die in elektronischen Schaltkreisen verwendet werden. Sobald die Kreisläufe jedoch in Produkte integriert sind, sind die Galliummengen in jedem einzelnen Schaltkreis so gering, dass das Recycling schwierig wird. In einem Artikel von Nature Communications aus dem Jahr 2022 wurde darauf hingewiesen, dass Gallium „fast nie funktionsfähig recycelt“ wird, sobald es das Endprodukt erreicht.

Die vollen Auswirkungen von Chinas neuem Exportregime hängen von einer Reihe von Faktoren ab, darunter der Schwere der Kontrollen in der Praxis und der Reaktion westlicher Regierungen und Unternehmen. Nach derzeitigem Stand dürften die Kontrollen zu höheren Preisen für Gallium und Germanium sowie zu längeren Lieferzeiten führen.

Dies könnte es für westliche Unternehmen teurer und schwieriger machen, elektronische Geräte herzustellen, was wiederum zu höheren Preisen für Verbraucher führen könnte. Außerdem könnte es für westliche Unternehmen schwieriger werden, mit chinesischen Unternehmen zu konkurrieren. In Anlehnung an die erheblichen Auswirkungen des weltweiten Mangels an Mikrochips während der COVID-Pandemie auf die Technologieproduktion weist dies auf erhebliche Auswirkungen auf die Weltwirtschaft hin.

Die langfristigen Auswirkungen der Kontrollen sind schwer vorherzusagen, da so viele Faktoren eine Rolle spielen. Vorräte an diesen Elementen dürften bis zu einem gewissen Grad helfen: Die USA haben erklärt, dass sie über Vorräte an Germanium verfügen, nicht jedoch an Gallium.

Westliche Hersteller könnten gezwungen sein, ihre Lieferketten zu diversifizieren, indem sie Komponenten, die diese Elemente enthalten, aus Ländern beziehen, in die China exportieren möchte. Dies könnte zu erhöhten Kosten und höherer Komplexität führen.

Ein weiterer Weg besteht darin, die Produktion aus alternativen Quellen zu steigern. In der Vergangenheit wurde Germanium aus Mineralien gewonnen, die in Deutschland, Lateinamerika und Afrika abgebaut wurden, sodass diese Optionen möglicherweise wieder auf den Tisch kommen. Es besteht auch die Möglichkeit, in die Erforschung von Geräten zu investieren, die weniger auf diese kritischen Materialien angewiesen sind, aber es würde einige Zeit dauern, bis sich die Früchte tragen.

Der Schritt stellt eindeutig eine deutliche Eskalation im Technologiekrieg zwischen China und dem Westen dar. Es besteht die Sorge, dass es noch weitergehen könnte: China dominiert die Versorgung mit einer ganzen Reihe lebenswichtiger Materialien, den sogenannten Seltenerdmetallen, sowie anderen Materialien, die für die Energiewende benötigt werden. Schon vor der Eskalation der Feindseligkeiten in den letzten Jahren hatte China seine Dominanz bei bestimmten Materialien als Druckmittel in Handelsstreitigkeiten genutzt.

Daher ist diese neueste Entwicklung gelinde gesagt besorgniserregend. In einer Zeit, in der die internationalen Herausforderungen für die Menschheit größer sind als je zuvor, ist die Entstehung eines neuen Ressourcennationalismus das Letzte, was jemand braucht.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

von Gavin DJ Harper, Alaska Beacon, 14. Juli 2023

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Gavin Harper ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Birmingham Centre for Strategic Elements & Critical Materials an der University of Birmingham im Vereinigten Königreich. Er konzentriert sich auf Fragen im Zusammenhang mit kritischen Materialien und Energie. Zuvor war er Energieentwicklungsmanager für das Birmingham Energy Institute und Gastforscher am Zentrum für Solarenergieforschung an der Universität Glyndŵr (heute Wrexham), wo er zuvor den Solarstrom des walisischen Energiesektor-Trainingsprogramms koordinierte.