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29.06.2020

Polymergebundene Magnete

Projektstart SupplyPBM: Neues Forschungsprojekt für nachhaltige Magnete

Hanau/Alzenau - Bislang existiert noch kein industrielles Recyclingverfahren, um polymergebundene Magnete und die darin enthaltenen Wertstoffe nach dem Ende ihres Einsatzes in der Anwendung im Kreislauf zu führen. Ein deutsch-französisches Konsortium untersucht nun Möglichkeiten, einen industriell umsetzbaren Recyclingprozess zu generieren und neue alternative Magnete aus nachhaltigeren Komponenten herzustellen.
Meltspinner im Technikum des Fraunhofer IWKS.
Meltspinner im Technikum des Fraunhofer IWKS. © Fraunhofer IWKS
Seltenerdhaltige Hochleistungsmagnete sind für vielfältige Anwendungen unersetzlich: Von Industriemotoren, über Elektronik, E-Bikes bis hin zu Windkraftanlagen und Elektrofahrzeugen. Dabei werden polymergebundene Selten-Erd-Magnete immer beliebter, denn sie bieten gegenüber herkömmlich hergestellten Magneten einige Vorteile: sie können effizienter hergestellt werden, sind spritzguss- sowie 3D-druckfähig und dadurch flexibler in der Formgebung und korrosionsbeständiger. Doch die enthaltenen Seltenen Erden werden aus Ländern außerhalb Europas importiert. Bislang existiert noch kein industrielles Recyclingverfahren, um diese Magnete und die darin enthaltenen Wertstoffe nach dem Ende ihres Einsatzes in der Anwendung im Kreislauf zu führen.

Ein deutsch-französisches Konsortium aus fünf Forschungseinrichtungen und Industriepartnern untersucht im Projekt „SupplyPBM - Securing the Supply Chain for Rare Earth Polymer-Bonded Magnets by Recycling“ nun Möglichkeiten, einen industriell umsetzbaren Recyclingprozess zu generieren. Ziel ist, die langfristige Versorgung der Industrie mit seltenerdhaltigen polymergebundenen Magneten unabhängig von Importen sicherzustellen. Dabei werden neue alternative Magnete aus nachhaltigeren Komponenten hergestellt und ihre Zusammensetzung so aus ökologischer wie ökonomischer Sicht verbessert.

Unter der Leitung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau arbeiten die Partner dabei an der Erschließung neuer Wertschöpfungsketten. Gefördert wird das Vorhaben von deutscher wie auch französischer Seite. Im Fall der deutschen Partner ist der Fördergeber das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Im Projekt werden am Fraunhofer IWKS zunächst Altmagnete mittels Rascherstarrung recycelt. In diesem Verfahren werden die Altmagnete geschmolzen und auf einer metallischen Oberfläche extrem schnell abgekühlt. Die daraus entstehenden rascherstarrten Magnetflakes können in weiteren Schritten zu polymergebundenen Magneten verarbeitet werden, die hinsichtlich der Leistung denen aus Primärmaterial gleichkommen. Dabei untersuchen die Forscher zum ersten Mal den Einsatz von Biopolymeren, um die Nachhaltigkeit der eingesetzten Materialien weiter zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil: Für das Verfahren müssen bestehende Produktionssysteme für die polymergebundenen Magnete nicht verändert werden, was eine Aufskalierung in den industriellen Maßstab möglich macht. So kann der Prozess direkt bei den im Projekt beteiligten Industriepartnern Arelec und Veekim getestet werden.

Um den Kreislauf komplett zu schließen, ist als weiterer Meilenstein im Projekt die Entwicklung eines effizienten Prozesses zum Recycling der aus Altmaterial hergestellten polymergebundenen Magnete und zur Rückführung des Magnetmaterials in die Wertschöpfungskette vorgesehen. Der französische Projektpartner ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux ist für die Entwicklung einer kontinuierlichen Technologie für das Recycling von polymergebundenen Magneten verantwortlich. Dieser Prozess beruht auf der Verwendung von superkritischen Flüssigkeiten für die Trennung des Polymers von den magnetischen Partikeln.

Um die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der angewandten Prozesse zu bewerten, wird für das Projekt neben einem Business-Plan eine umfassende Ökobilanzierung erstellt. Darin werden federführend vom Projektpartner ISM – Institut des Sciences Moléculaires auf französischer Seite sowie vom Fraunhofer IWKS auf deutscher Seite sowohl Umweltauswirkungen der eingesetzten Materialien und Prozesse als auch deren Effizienz bewertet. Ziel ist, eine effiziente geschlossene Kreislaufführung der Wertstoffe zu erreichen.
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