Eine nachhaltigere Wertschöpfungskette für das gefragte Metall Neodym-Eisen-Bor
Die Nachfrage nach Seltenerdmagneten, besonders aus Neodym-Eisen-Bor, steigt. Neodymhaltige Magnete sind wesentliche Bestandteile in verschiedenen Produkten, die den Übergang zu einer grünen Wirtschaft vorantreiben, darunter Windturbinen, Elektrofahrzeuge und Wasserpumpen. Die derzeitige Lieferkette kann die voraussichtliche Nachfrage jedoch nicht decken. Das ehrgeizige Ziel des EU-finanzierten Projekts SUSMAGPRO lautet, die Verfügbarkeit dieser Magnete in Europa zu erhöhen, indem durch Recycling und Wiederverwendung eine Kreislaufwirtschaft eingerichtet wird.
Ein umweltfreundlicher Kreislauf für neodymhaltige Magnete
SUSMAGPRO beschreitet neue Wege, um Magnete direkt aus Abfällen aufzubereiten und wiederzuverwenden, wodurch ein kürzerer Recyclingkreislauf mit einer höheren Verwertungsrate und einer höheren Ausbeute (25 %) im Vergleich zu herkömmlichen Methoden geschaffen wird. „Recycelte Werkstoffe werden in verschiedene Produkte umgewandelt, darunter Gusslegierungen und verschiedene Magnetarten, wobei innovative Produktionsmethoden eingesetzt werden, um die Abfallmenge zu begrenzen“, kommentiert Projektkoordinator Carlo Burkhardt. Der Prozess beginnt mit der Bewertung von Schrott und einer gründlichen Analyse aller Werkstoffe. Diese Daten dienen als Grundlage für die Trennung von Bauteilen und für Empfehlungen zu effizienten Recyclingkonzepten. Der Schrott wird dann robotergestützt zerlegt, wobei magnethaltige Teile mithilfe einer Sensoranordnung von den Abfallströmen abgesondert werden. Der so entstandene Magnetschrott wird einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt, um mit oder ohne vorherige thermische Entmagnetisierung Pulver für die Weiterverarbeitung anzufertigen. Die Pulver werden anschließend durch verschiedene Verfahren in neue Legierungen oder Magnete verwandelt. Dazu gehört ein innovatives Verfahren, das auf dem Metallspritzgießen beruht und die Formung, Entbinderung und Sinterung umfasst und die Herstellung komplex geformter Magnete mit minimalem Produktionsabfall unterstützt. Die neu hergestellten Magnete können dann an Endverbrauchende vertrieben werden, die sie in verschiedenen Anwendungen wie bei Fahrzeuglautsprechern, Wasserpumpen und Fahrzeugrotoren einsetzen.
Hindernisse beim Recycling von Seltenerdmagneten
Beim Recycling von Seltenerdmagneten gilt es, zahlreiche technische Herausforderungen zu meistern. Ein wesentliches Problem stellt die Größe der Magnete, die in kleineren technischen Geräten wie Smartphones verwendet werden, dar. Die Menge an Seltenen Erden in diesen Geräten ist zu gering, um das Extraktionsverfahren zeit- und kosteneffizient zu gestalten. Die Produktgestaltung ist ein weiterer Faktor, der das Recycling von Seltenerdmetallen behindert. „Unsere innovative Technologie zur Wasserstoffverarbeitung für Magnetschrott benötigt beispielsweise Platz, damit sich die Magnete während der Wasserstoffreaktion ausdehnen können, was nicht möglich ist, wenn die Magnete fest in Bauteile eingebettet sind“, erklärt Burkhardt. Dieses Problem kann durch Demontagetechnologien gelöst werden, aber für das Recycling konzipierte Produkte würden die Kreislaufwirtschaft wesentlich wettbewerbsfähiger gestalten. Magnetische Materialbedingungen können außerdem Probleme beim Recycling verursachen, da sie zu uneinheitlichen Eigenschaften des Endmaterials führen. Das Projektkonsortium hat sich zum Ziel gesetzt, bis zum Projektende die Herausforderungen im Zusammenhang mit Technologie-Reifegrad 7-8 wie Verunreinigungen, hoher Sauerstoffgehalt und unterschiedliche Magnetzusammensetzungen, zu bewältigen. „Die Endverbrauchenden werden bald feststellen, dass recycelte Magnete mit den Originalen mithalten oder sie sogar übertreffen können“, so Burkhardt.
Kleine, aber entscheidende Schritte für den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft
Laura Grau, wissenschaftliche Mitarbeiterin, bemerkt: „Viele aktuelle Automotoren sind nicht leicht zu recyceln, werden aber wahrscheinlich bald unsere größte Schrottquelle sein. Angesichts der weltweiten Umstellung auf Elektrofahrzeuge stellt sich nicht die Frage, ob, sondern wann wir effiziente Recyclingkonzepte brauchen. Es gibt keinen festen Termin, aber da die Regierungen die Elektrifizierung fördern, müssen wir schnell handeln. Die Hersteller müssen dringend ihre ursprünglichen Konzepte überdenken. Unser Ziel ist es, herauszufinden, was recycelbar ist und was nicht, und den Herstellern zu helfen, diese bedeutenden Änderungen vorzunehmen.“ Zusätzlich zu den von den Projektpartnern vorgestellten Pilotanlagen für die Legierungs- und Magnetproduktion, die über 100 t/Jahr produzieren können, wurden zwei Ausgründungen für das Recycling mit einer Anfangskapazität von jeweils 50 t/Jahr gegründet. Es liegen Pläne vor, die Produktionskapazität zu verdoppeln. „Diese Menge ist zwar klein im Vergleich zu Chinas Produktion von 230 000 t im Vorjahr, aber sie ist ein skalierbarer Anfang“, so Burkhardt abschließend.
Schlüsselbegriffe
SUSMAGPRO, Recycling, Neodym-Eisen-Bor, NdFeB, Seltenerdmagnet, Kreislaufwirtschaft, Wasserstoffverarbeitung für Magnetschrott
