Bardziej zrównoważony łańcuch wartości cennych magnesów neodymowo-żelazno-borowych
Zapotrzebowanie na magnesy ziem rzadkich, zwłaszcza neodymowo-żelazno-borowe, stale rośnie. Magnesy neodymowe stanowią niezastąpiony element wielu produktów, na których opiera się zielona transformacja Europy, w tym turbin wiatrowych, pojazdów elektrycznych i pomp wodnych, jednak istniejący łańcuch dostaw nie jest jednak w stanie zaspokoić przewidywanego popytu. Ambitnym celem finansowanego przez UE projektu SUSMAGPRO jest zwiększenie dostępności tych magnesów w Europie dzięki wykorzystaniu paradygmatu gospodarki o obiegu zamkniętym w celu opracowania procesów ich odzysku i recyklingu.
Ekologiczny obieg magnesów neodymowych
Zespół projektu SUSMAGPRO opracował nowe metody recyklingu i ponownego wykorzystania magnesów pozyskiwanych bezpośrednio ze strumieni odpadów, skracając obieg recyklingu, zwiększając wskaźnik odzysku i poprawiając wydajność procesu (25 %) względem tradycyjnych metod i rozwiązań. „Materiały pozyskane w procesie recyklingu są przetwarzane w różnorodne produkty, w tym stopy metali oraz zróżnicowane magnesy – wykorzystujemy w tym celu innowacyjne metody produkcji, które minimalizują ilość odpadów”, zauważa Carlo Burkhardt, koordynator projektu. Pierwszym krokiem nowatorskiego procesu jest ocena złomu i dokładna analiza wszystkich materiałów. Pozyskane na tym etapie dane pomagają w segregacji komponentów i pozwalają na opracowanie zaleceń pozwalających na zwiększenie wydajności dalszego procesu recyklingu. Odpady te są następnie przetwarzane przez roboty, które mechanicznie oddzielają elementy zawierające magnesy od innych strumieni odpadów za pomocą zestawu czujników. Uzyskany w tym procesie złom zawierający magnesy jest poddawany działaniu atmosfery wodorowej w celu wytworzenia proszków do dalszego przetwarzania – na tym etapie może odbyć się także rozmagnesowania termiczne, jednak nie jest wymagane. Proszki są następnie przetwarzane w nowe stopy lub magnesy za pomocą zróżnicowanych procesów, wśród których można wymienić innowacyjną technikę opartą na formowaniu wtryskowym metali, która obejmuje kształtowanie, rozdzielanie i spiekanie oraz umożliwia tworzenie magnesów o złożonych kształtach przy jednoczesnej minimalizacji odpadów produkcyjnych. Uzyskane w wyniku tego procesu magnesy mogą następnie trafiać wprost do użytkowników końcowych w celu wykorzystania w różnych produktach, na przykład w głośnikach samochodowych, pompach wody czy wirnikach.
Utrudnienia w recyklingu magnesów ziem rzadkich
Recykling magnesów ziem rzadkich wiąże się z koniecznością rozwiązania wielu wyzwań technicznych i technologicznych, a jednym z najważniejszych jest rozmiar magnesów stosowanych w mniejszych urządzeniach, takich jak smartfony. Ilość metali ziem rzadkich wykorzystywanych w konstrukcji tych urządzeń jest zbyt mała, by proces ich odzysku był opłacalny i wykonalny w krótkim czasie. Kolejnym czynnikiem utrudniającym recykling metali ziem rzadkich jest konstrukcja produktów. „Nasza innowacyjna technologia obróbki złomu magnetycznego przy pomocy wodoru wymaga przestrzeni, w której magnesy mogą rozszerzać się podczas reakcji wodorowej – w przypadku magnesów ciasno osadzonych w komponentach jest to po prostu niemożliwe”, wyjaśnia Burkhardt. Problem ten można rozwiązać za pomocą technologii demontażu, jednak prawdziwym rozwiązaniem byłoby projektowanie produktów z myślą o recyklingu, co zwiększyłoby konkurencyjność gospodarki o obiegu zamkniętym. Nawet stan materiałów magnetycznych może powodować problemy podczas recyklingu, ponieważ może przyczynić się do różnic we właściwościach materiałów końcowych. Konsorcjum projektu chce rozwiązać wszystkie problemy dotyczące zwiększania skali rozwiązania z myślą o osiągnięciu 7. bądź 8. poziomu gotowości technologicznej (TRL 7-8), obejmujące zanieczyszczenia, wysoką zawartość tlenu i zróżnicowany skład magnesów przed zakończeniem prac nad projektem. „Użytkownicy końcowi wkrótce zaczną zdawać sobie sprawę, że magnesy z recyklingu mogą dorównać osiągami magnesom pierwotnym, a w niektórych przypadkach mogą nawet okazać się lepsze”, zauważa Burkhardt.
Transformacja gospodarki w kierunku obiegu zamkniętego krok po kroku
Laura Grau, pracownica naukowa, dodaje: „Obecnie silniki samochodowe w większości przypadków nie nadają się do recyklingu, ale prawdopodobnie wkrótce staną się jednym z najważniejszych źródeł złomu na potrzeby naszego procesu. Biorąc pod uwagę elektryfikację transportu na świecie, opracowanie wydajnych procesów recyklingu to nie kwestia wyboru, a coraz pilniejszej potrzeby. Choć nie istnieje ustalony termin transformacji, ze względu na naciski polityczne związane z elektromobilnością musimy działać szybko. Producenci muszą przeanalizować konwencjonalne projekty. My staramy się określić, które elementy nadają się do recyklingu, a następnie pomóc producentom we wdrożeniu tych ważnych zmian”. Oprócz zaprezentowanych przez partnerów projektu rozwiązań pilotażowych do produkcji stopów i magnesów, które pozwalają na osiągnięcie wydajności produkcji przekraczającej 100 ton rocznie, powstały także dwa zakłady recyklingu, każdy o początkowej wydajności 50 ton materiału rocznie. Plany zespołu obejmują podwojenie mocy przerobowych instalacji. „Choć w porównaniu z wydajnością chińskiej produkcji, która w zeszłym roku wyniosła 230 000 ton, to wciąż niewiele, to dopiero początek – zwiększanie skali dopiero się zaczyna”, podsumowuje Burkhardt.
Słowa kluczowe
SUSMAGPRO, recykling, magnes neodymowo-żelazno-borowy, NdFeB, magnes ziem rzadkich, gospodarka o obiegu zamkniętym, przetwarzanie wodorowe złomu magnetycznego
