Fraunhofer-Leitprojekt »Kritikalität Seltener Erden«

Sicherung unserer Rohstoffversorgung

Nichts geht in der Elektromobilität ohne leistungsfähige Permanentmagneten. Ihre guten magnetischen Eigenschaften verdanken sie den chemischen Elementen Neodym und Dysprosium aus der Gruppe der Seltenen Erden. Doch das Angebot auf dem Weltmarkt für diese Rohstoffe ist knapp, die Preise steigen seit Jahren kontinuierlich an. Man nennt sie auch kritische Rohstoffe, weil nicht sicher ist, ob es mittel- bis langfristig genug davon geben wird. Der Ausbau von Zukunftstechnologien hängt auch davon ab, ob ausreichende Mengen der begehrten Rohstoffe vorhanden sind. Fraunhofer-Forscher arbeiten deshalb im Leitprojekt an Technologien, um Seltene Erden effizienter zu verarbeiten, wieder aufzubereiten oder Ersatzmaterialien zu finden.

Eine zukunftssichere, bezahlbare und kalkulierbare Versorgung mit Rohstoffen ist für die Stabilität und den Wohlstand von Volkswirtschaften technologieführender Industrienationen wie Deutschland von größter Bedeutung. Deshalb ist die Verfügbarkeit strategischer Metalle wie den Seltenen Erden (SE) von hoher Wichtigkeit, um die Wettbewerbsfähigkeit der Produktion von Gütern in Deutschland, insbesondere im High-Tech-Sektor unabhängiger vom globalen Rohstoffhandel zu machen. Um ihre Versorgung mit Rohstoffen in Zukunft zu sichern, haben die Bundesrepublik Deutschland im Oktober 2010 und die Europäische Kommission 2008 und 2011 Rohstoffstrategien veröffentlicht, die im Wesentlichen auf den folgenden drei Säulen fußen: (1) Handels- und Rohstoffdiplomatie, (2) einheimischer Rohstoffabbau, und (3) Ressourceneffizienz, Recycling und Substitution.

 

Projektziel: Halbierung des primären Bedarfs an schweren Seltenen Erden durch Recycling und Substitution

Das Fraunhofer-Leitprojekt »Kritikalität Seltene Erden« setzt bei der dritten Säule »Ressourceneffizienz, Recycling und Substitution« der Rohstoffstrategie an und fokussiert auf die Verwendung Seltener Erden in Hochleistungsmagneten. Dazu arbeiten die Fraunhofer-Institute IWM, IWM-H, IWU, IFAM, LBF, ISI, IGB und die Projektgruppe IWKS des ISC zusammen. Dem Leitprojekt liegt die Mission zugrunde, den spezifischen, primären Bedarf an schweren Seltene-Erden-Elementen für den konkreten Anwendungsfall »Dysprosiumhaltige Nd-Fe-B-Systeme für Permanentmagnete und Elektromotoren« zu halbieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werden vier Schwerpunkte verfolgt:

  • Materialsubstitution – Hierzu werden neue metallische Phasen, die weniger oder keine Seltenen Erden benötigen, von der Simulation bis zur Herstellung entwickelt.
  • Effizientere Prozesse – Prozesse der Magnetherstellung (Netshape-Produktion, Dysprosium-Layer-Technologie und Grainsize-Tuning-Technologie) werden weiterentwickelt.
  • Optimierte Auslegung – Hier liegt der Fokus auf der Optimierung elektrischer Kleinantriebe bis hin zum Aufbau von Demonstratoren.
  • Design for Recycling – Das Teilprojekt berücksichtigt Aspekte der Rückführung und der Wiedernutzung von Elektromotoren sowie der Gewinnung von Seltenen Erden aus Permanentmagneten und Produktionsabfällen. Letzteres beleuchtet dabei sowohl die Aufbereitung und Rückführung von Magneten als rezykliertes Granulat in die Magnetproduktion als auch die stoffliche Aufbereitung zur Herstellung von möglichst reinen Seltenerdmetallen oder -metalloxiden.

Laufzeit: November 2013 – November 2017

Unser Beitrag: Gewinnung von Seltenen Erden aus Permanentmagneten und Produktionsabfällen

Der Beitrag des IGB liegt im Teilprojekt »Gewinnung von Seltenen Erden aus Permanentmagneten und Produktionsabfällen«.

Dabei werden drei konkrete Ziele verfolgt:

  • Erstens, Sintermagnete aus gebrauchten Elektromotoren so zu recyceln, dass das rezyklierte Granulat zu mind. 10 Prozent der Primärproduktion zugeschlagen werden kann, ohne die Eigenschaften der Magnete zu beeinträchtigen.
  • Als zweites Ziel wird geprüft, inwieweit das rezyklierte Magnetgranulat für die Herstellung kunststoffgebundener Magnete verwendet werden kann und
  • drittens werden rückgeführte Magnete granuliert und einer stofflichen Aufarbeitung zugeführt. Dazu sollen auch Produktionsrückstände wie beispielsweise Schleifstäube einbezogen werden. Das Magnetgranulat und die Schleifstäube werden durch physikalisch-chemische, aber auch biotechnologische Verfahren in Lösung überführt, separiert und die Seltenen Erden als möglichst reine Metalle oder Metalloxide rückgewonnen.