Import Seltener Erden reduzieren 03.09.2015, 13:57 Uhr

Erst Flakes, dann Pulver: Fraunhofer Forscher recyceln Permanentmagnete

Fraunhofer Forscher haben es geschafft, Permanentmagnete zu recyceln. Für Magnethersteller könnte das bedeuten, dass sie zukünftig weniger Seltene Erden aus China importieren müssen. Hinter dem Recycling steckt ein verblüffender Trick. 

Beim Recyceln der Permanentmagnete setzen die Forscher auf das Melt-Spinning-Verfahren: Dabei erhitzt eine Induktionsspule das Material. Es schmilzt, läuft auf ein rotierendes Kupferrad und erstarrt in Sekundenbruchteilen. 

Beim Recyceln der Permanentmagnete setzen die Forscher auf das Melt-Spinning-Verfahren: Dabei erhitzt eine Induktionsspule das Material. Es schmilzt, läuft auf ein rotierendes Kupferrad und erstarrt in Sekundenbruchteilen. 

Foto: Fraunhofer-Projektgruppe IWKS

Permanentmagnete sind heißbegehrt: Sie ersetzen in der neuesten Generation der Windkraftanlagen klassische Getriebe und helfen Autobauern dabei, elektrische Stellmotoren kleiner auszulegen, die beispielsweise die Scheibenwischer antreiben. Die leistungsstärksten Permanentmagnete basieren auf Neodym, Dysprosium, Eisen und Bor.

Das Problem: Die Seltenen Erden Neodym und Dysprosium lassen sich nur unter schwierigen Bedingungen und mit viel Energieaufwand gewinnen. Magnethersteller importieren 90 % aus China, wo knapp die Hälfte der weltweit verfügbaren Reserven liegt.

Forscher versuchen seit längerem, Magnete zu recyceln, um die Importabhängigkeit zu reduzieren. Dabei ziehen sie die einzelnen Seltenen Erden aus den alten Magneten wieder heraus. Das ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Deswegen haben sich Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) aus Alzenau über Alternativen nachgedacht.

„Statt jede Seltene Erde einzeln wiederzugewinnen, recyceln wir den kompletten Werkstoff, also den gesamten Magneten – und das in weniger Schritten“, erklärt Oliver Diehl, Wissenschaftler in der Projektgruppe IWKS. „Der Prozess ist deutlich einfacher und effizienter, denn die Zusammensetzung des Materials ist bereits wie gewünscht.“

Der Trick: Forscher setzen auf das Melt-Spinning-Verfahren

Beim Recycling setzen die Forscher auf das sogenannte Melt-Spinning-Verfahren – ein Verfahren, das auch unter dem Namen Rascherstarrung bekannt ist. Das funktioniert folgendermaßen: Die Wissenschaftler verflüssigen den Magneten in einem Schmelztiegel. Das 1000 C° heiße Material gelangt über eine Düse auf ein wassergekühltes Kupferrad, das sich mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 35 m/s dreht. Sobald der Schmelztropfen das Kupfer berührt, gibt er seine Hitze innerhalb von Sekundenbruchteilen an das Metall ab und erstarrt.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Infineon-Firmenlogo
Senior Manager IT MES (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Ingenieur Prüftechnik Leistungshalbleitermodule (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Elektrotechnik (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Bauleiter*in (m/w/d) für Großprojekte der Bereiche Infrastruktur (Freileitung, Kabeltiefbau, Bahn) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Hamburg Zum Job 
CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Verfahrenstechnik (m/w/d) CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH
Bad Hönningen Zum Job 
ABL GmbH-Firmenlogo
Senior Software Developer (m/w/d) eMobility ABL GmbH
Lauf a. d. Pegnitz Zum Job 
Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Versuchsingenieur (m/w/d) Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG
Biberach Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Java Entwickler / Informatiker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur EPLAN P8/ELCAD (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektroniker/Elektrotechniker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Triathlon Batterien GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Arbeitsvorbereitung Batteriemontage / Batteriefertigung für Lithium-Ionen-Batterien Triathlon Batterien GmbH
Glauchau Zum Job 
Murrelektronik-Firmenlogo
Embedded Software Funktionstester / Applikationstester (m/w/d) Murrelektronik
Oppenweiler, Kirchheim unter Teck (Home-Office) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Sales Manager - Deployable Solutions (d/m/w) Airbus
Raum Friedrichshafen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Produktionsplaner (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Deutsche Aircraft GmbH-Firmenlogo
Systems Engineer - Cooling Systems Power Electronics (f/m/d) Deutsche Aircraft GmbH
Weßling Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger (m/w/d) Anlagensicherheit TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Darmstadt Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Elektrotechnik (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
In modernen Windrädern kommen tonnenschwere Permanentmagnete zum Einsatz. 90 % der benötigten Seltenen Erden importieren Hersteller derzeit aus China. 

In modernen Windrädern kommen tonnenschwere Permanentmagnete zum Einsatz. 90 % der benötigten Seltenen Erden importieren Hersteller derzeit aus China.

Quelle: Fredrik von Erichsen/dpa

Ließe man die Schmelze auf übliche Weise erstarren, würden sich die Atome in Reih und Glied in einem Kristallgitter anordnen. Das Melt-Spinning-Verfahren hingegen vermeidet die Kristallisation. Stattdessen entstehen sogenannte Flakes. Sie haben wahlweise eine Struktur, bei der Atome vollkommen unregelmäßig angeordnet sind, oder eine nanokristalline Struktur, bei der sich die Atome nur in nanometergroßen Bereichen in einer Kristallstruktur anordnen.

Der Vorteil: Die Korngrößen ­– also die Bereiche gleicher Kristallstruktur – lassen sich über die Geschwindigkeit des Rades und die Temperatur der Schmelze gezielt variieren. Über sie kann man die Eigenschaft des Permanentmagneten verändern. Anschließend zermalen die Forscher die Flakes zu einem Pulver, aus dem sich neue Magnete bauen lassen.

Demonstrationsanlage läuft bereits

Die Forscher haben bereits eine funktionierende Demonstrationsanlage gebaut. Diehl: „Die Demoanlage kann bis zu einem halben Kilogramm Schmelze verarbeiten und liegt damit zwischen einer Labor- und einer Großanlage.“

Welche Kosten beim Recycling entstehen, sei derzeit schwer zu beantworten. „Der zu erwartende finanzielle Vorteil bei der Wiederverwertung der Magnete hängt nicht nur vom Recyclingprozess ab, sondern auch von der Preisentwicklung der Seltenen Erden.“ Je höher die Rohstoffpreise für Seltene Erden sind, desto mehr lohnt es sich, auf bereits vorhandene Materialien zurückzugreifen. 

Laut Marktforschungsunternehmen Transparency Market Research wird die weltweite Nachfrage nach Permanentmagneten bis 2019 auf 1,168 Millionen t steigen. 2012 lag sie bei 650.000 t.

 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.