Zu schade zum Einschmelzen: Magneten erfolgreich recyceln
Oft landen Permanentmagneten im Schrott: eine Verschwendung seltener Rohstoffe. Fraunhofer-Forschende zeigen, wie diese Bauteile ein neues Leben bekommen können.
Wie sich Permanentmagneten recyceln lassen, berichten Fraunhofer-Ingenieurinnen und -Ingenieure.
Foto: Fraunhofer IWKS
Permanentmagneten gehören zu den wichtigsten Komponenten der Elektromobilität. Je stärker ein Dauermagnet ist, desto höher ist auch die Leistung des Motors – und desto kleiner lässt sich die Einheit bauen. Der Trend hin zur Elektromobilität hat auch die Forschung und die Anwendung von Permanentmagneten stark vorangebracht. Sie enthalten Elemente seltener Erden wie Neodym, Praseodym, Samarium, Terbium und Dysprosium. Derzeit finden Neodym-Eisen-Bor-Hochleistungspermanentmagnete Anwendung in vielen Bereichen.
Mineralien, die solche Elemente enthalten, sind selten; sie werden zu 90% in China unter schlechten Bedingungen für Mensch und Umwelt abgebaut. Umso wichtiger wäre, mit solchen Ressourcen nachhaltig umzugehen. Bislang werden Magnete oft im Stahlschrott eingeschmolzen.
Zwar haben Ingenieurinnen und Ingenieure in den letzten Jahren etliche Methoden entwickelt, um Dauermagnete zu recyceln. Keines der Verfahren hat bislang jedoch kommerziell Bedeutung erlangt. Und die Menge an Magneten im Schrott könnte rapide ansteigen, denn die Bundesregierung will immerhin sieben bis zehn Millionen Elektrofahrzeuge bis 2030 zulassen. Ziel des Projekts „Funktionelles Magnetrecycling für eine nachhaltige E-Mobilität – FUNMAG“ an der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Hanau ist, ein kommerzielles Verfahren zu etablieren.
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Recycling von Magneten: Was vom Schrotthandel kommt
Um Kennwerte von Permanentmagneten zu vergleichen, haben die Forschenden unter anderem einen E-Scooter, ein Elektrofahrrad und ein Hoverboard erworben. Ausführliche Messungen folgten. „Bei allen neuen Fahrzeugen haben wir zunächst ausführlich den Motor charakterisiert, um relevante Kennwerte zu erhalten, mit denen wir dann später die Leistung der Motoren mit den recycelten Magneten vergleichen können“, sagt Konrad Opelt vom Fraunhofer IWKS. Industriepartner wiederum liefern große Mengen unterschiedlicher Altmagnete. Ziel ist dabei, Szenarien aus der Praxis möglichst realistisch abzubilden. Denn vom Schrotthändler kommen später ganz unterschiedliche Magneten ohne genaue Kennzahlen oder Eigenschaften zum Recycling. Genau dann soll der Recycling-Prozess aber funktionieren.
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Im Technikum werden alle Vorgänge simuliert
Um solche Vorgänge zu untersuchen, stehen den Ingenieurinnen und Ingenieuren am Fraunhofer IWKS alle wichtigen Gerätschaften zur Verfügung. Sie können das Recycling im Technikumsmaßstab untersuchen. Ein Blick auf die Details. Im ersten Schritt werden alte Magneten, die vom Schrotthandel kommen, bei 1.400 Grad Celsius geschmolzen. Durch rasches Abkühlen bilden sich metallische Flakes. In einer Wasserstoff-Atmosphäre zerfallen sie schließlich zu einem Granulat und können weiter zerkleinert werden. Dabei entsteht ein Pulver als Ausgangsmaterial für neue Magneten. Es wird in Pressformen gegeben und gesintert. Dieses Verfahren lässt sich, wie Forschende berichten, durchaus beschleunigen. Denn bereits in der Wasserstoffatmosphäre zerfallen Altmagneten. Danach können sie wie beschrieben weiter aufgearbeitet werden. „Den umweltbelastenden Abbau der Rohstoffe und das energieintensive Aufschmelzen können wir so einfach überspringen“, sagt Opelt.
Mögliche Qualitätseinbußen beim Recycling von Magneten
Die Verfahrensschritte haben etliche Vorteile. Interessant ist für Firmen, dass sich in relativ kurzer Zeit mit überschaubarem Aufwand viele Magneten aufarbeiten lassen. Dem stehen mögliche Qualitätseinbußen gegenüber. Selbst durch den Einsatz von Wasserstoff als Intertgas nimmt das Material Sauerstoff aus der Luft auf, was die Ergebnisse verschlechtert. Auch hier haben die Forschenden eine Lösung gefunden. Sie versetzen die Altmagneten einfach mit 20% neuem Material – das reicht aus. Bereits das Pulver lässt sich untersuchen, ob es die Qualitätskriterien fertiger Magneten erfüllt. Ziel dieser Studien ist, Empfehlungen für Recycling-Firmen abzuleiten, um anhand verschiedener Parameter den gesamten Vorgang zu optimieren. Denn die Anforderungen an Permanentmagneten für die Elektromobilität sind hoch.
Recycling von Magneten – der Sprung zur Anwendung
Derzeit optimieren die Forscherinnen und Forscher noch alle Teilschritte. Dann folgen Tests der recycelten Magneten im E-Scooter, im Elektrofahrrad und im Hoverboard. Das wäre ein Beweis für die Machbarkeit des Konzepts. Das Interesse von Herstellern ist groß. Ihnen geht es beim Recycling von Magneten einerseits darum, die Umwelt zu schützen, andererseits aber auch um die Möglichkeit, in Zukunft ausreichende Ressourcen parat zu haben.
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