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Magnete von Elektromotoren werden bisher mit Stahlschrott eingeschmolzen. Das soll sich zukünftig ändern, denn das Fraunhofer IWKS entwickelt nun eine Lösung, um das Recycling von Magneten wirtschaftlich attraktiv zu machen.
Die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS machen den Einsatz von recycelten Magneten in Bereich der E-Mobilität ohne Leistungseinbußen in der Motorleistung möglich. Laut einer Mitteilung könne mit einer Wasserstoffatmosphäre der Produktionszyklus eines Magneten neu gestartet werden. Der umweltbelastende Abbau von Rohstoffen für die Produktion fiele damit weg.
Neodym-Eisen-Bor-Hochleistungspermanentmagnete werden etwa in Elektromotoren für Elektrofahrzeuge verwendet. Dabei handelt es sich um leistungsstarke Magnete, die laut dem IWKS bei einem Elektromotor die Hälfte der Motorkosten ausmachen. Der Magnet enthält jedoch seltene Erden wie Neodym oder Dysprosium, das zum größten Teil in China unter kritischen Bedingungen abgebaut wird. Eine effiziente Wiederaufbereitung gebrauchter Magnete könnte also nicht nur Kosten senken, sondern auch die Umwelt schützen.
Permanentmagnete aus Antrieben kostengünstig recyceln
Trotz dieser teuren und problematischen Herstellung landen Magnete am Ende ihrer Nutzungszeit in der Regel auf dem Schrottplatz und werden dort zusammen mit dem Stahlschrott eingeschmolzen. Und das, obwohl es mittlerweile Methoden zum Recycling von Magneten gibt, die funktionieren. Diese Lücke zwischen Theorie und Praxis wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihrem Projekt „Funktionelles Magnetrecycling für eine nachhaltige E-Mobilität - FUNMAG“ schließen.
Im E-Scooter befindet sich der Elektromotor im Reifen: Die Magnete sind die silbernen Quader außen an den Kupferwicklungen. (Bild: Fraunhofer IWKS )
Für die damit verbundenen Versuche habe sich das Institut unter anderem ein E-Bike, einen E-Scooter und ein Hoverboard angeschafft, erzählt Konrad Opelt, Leiter des Projekts und studierter Materialwissenschaftler: „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.“
Die Elektrofahrzeuge stellen den Rahmen des Projekts dar. Das Kernstück aber ist die Arbeit mit den Altmagneten. Diese konnten über bestehende Kontakte mit Industriepartnern im Maßstab mehrerer Tonnen beschafft werden und unterscheiden sich in Leistung, Form und Beschaffenheit maßgeblich. „Uns war es enorm wichtig, den realistischen Fall abzubilden“, erklärt Opelt. „Wenn sich ein Schrotthändler dazu entschließt, die Magnete aus seinen deponierten Altmotoren zu separieren, wird das in der Regel ein bunter Blumenstrauß von unterschiedlichsten Magneten sein, deren genaue Eigenschaften niemand kennt. Unser Ziel war es daher zu zeigen, dass der Recyclingprozess auch mit undefiniertem Ausgangsmaterial, dieser Unbekannten im Prozess, umgehen kann.“
Um einen Magneten zu recyceln, reicht es aus, den Altmagneten mit der Wasserstoffatmosphäre in Verbindung zu bringen und den Produktionszyklus wieder durchlaufen zu lassen, so das Fraunhofer IWKS. Das bedeutet, dass das Material zu einem Granulat zerfällt und in einer Stahlmühle weiter zerkleinert werden muss. Das metallische Pulver kann dann in Pressformen gegeben und gesintert werden.
Im Rahmen des Recyclingprozesses können tausende Magnete gleichzeitig verarbeitet werden. „Es lässt sich kaum verhindern, dass die Magnete währenddessen etwas Sauerstoff aufnehmen, was zu leichten Qualitätseinbußen führt. Hier können wir aber gezielt entgegensteuern, indem wir beispielsweise zehn bis 20 Prozent neues Material hinzugeben oder die Mikrostruktur der Magnete noch weiter bearbeiten“, erklärt Opelt. Die Leistung der recycelten Magnete lässt sich am fertigen Endprodukt oder auch schon im Pulverstadium bestimmen. Letztendlich soll aus diesen Untersuchungen ein Eigenschaftsportfolio abgeleitet werden, das zukünftigen Anwendern Handlungsempfehlungen dazu gibt, wie der Recyclingprozess so modifiziert werden kann, dass je nach Ausgangszusammensetzung die gewünschten Zieleigenschaften für die Magnete erreicht werden.
Derzeit sind die Forschenden noch dabei, den Aufbereitungsprozess während des Recyclingvorgangs weiter zu optimieren. Konrad Opelt ist aber zuversichtlich, dass sie die recycelten Magnete schon bald in die Elektromotoren einbauen können.
Mithilfe der Methode des Fraunhofer IWKS könnten tausende Magneten gleichzeitig recycelt werden. Aktuell optimieren die Forscher den Aufbereitungsprozess während des Recyclingvorgangs. Konrad Opelt hofft, dass dies dazu führt, dass Hersteller zukünftig schon bei der Produktion von Elektromotoren gezielt darauf achten, dass sich die Magnete gut aus- und wieder einbauen lassen. Auch andere Elektrogeräte wie Rasenmäher oder Akkuschrauber würden ebenfalls von der neuen Methode profitieren können.
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