Permanentmagnete nachhaltig herstellen

Projekt Scale2PM von TU und Fraunhofer IWKS gestartet

Permanentmagnete auf Basis von Seltenen Erden (SE) erhöhen unter anderem die Effizienz von Generatoren in Windkraftanlagen und Motoren in Elektrofahrzeugen signifikant und sind so für eine erfolgreiche Energiewende unerlässlich. Doch die Versorgung mit SE und der Abbau der Metalle werden von der EU als sehr kritisch eingestuft.

Hier setzt das aktuell gestartete Projekt Scale2PM der Technischen Universität Darmstadt gemeinsam mit der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS an. Ziel ist es, ein neuartiges Herstellungsverfahren zu validieren, um Permanentmagnete mit besseren oder gleichwertigen Eigenschaften bei verringertem Ressourceneinsatz zu produzieren.

Der Einsatz von SE ist mit einem hohen Versorgungsrisiko verbunden, da die Metalle nur in bestimmten Gebieten der Erde vorkommen.

»Als besonders kritisch werden die schweren SE Dysprosium (Dy) und Terbium (Tb) betrachtet, die in jedem Hochleistungsmagneten für erhöhte Anwendungstemperaturen benötigt werden«, erläutert Professor Oliver Gutfleisch, Technische Universität Darmstadt, der Koordinator des Vorhabens. Hinzu kommen ökologische Aspekte, da der Abbau der SE in der gegenwärtigen Form die Umwelt schwer belastet durch vergifteten Schlamm aus Schwermetallen, Fluoriden und radioaktiven Substanzen.

Mit dem neuartigen, von der TU Darmstadt international patentierten Herstellungsverfahren können die kritischen SE-Anteile im Magnetwerkstoff deutlich herabgesetzt werden. Denn 90 Prozent aller Nd-Fe-B-Permanentmagneten werden über einen pulvermetallurgischen Sinterprozess hergestellt, bei dem das Ausgangsmaterial zunächst zu einem Metallpulver gemahlen und anschließend durch Wärmebehandlung zu einem Festkörper verdichtet wird. Bei der innovativen Methode werden zudem

»Seltene Erden sind nicht notwendigerweise selten, aber kritisch, da seltene Erdelemente zu mehr als 90 Prozent aus China importiert werden, weshalb hier eine klare Monopolstellung besteht.«

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zwei unterschiedlich feine Nd-Fe-B-Basis Pulver mit definierten magnetischen Eigenschaften gemischt.

Dies ermöglicht, die SE an die entscheidenden Stellen in der Mikrostruktur des Werkstoffs zu konzentrieren und im sonstigen Volumen drastisch zu reduzieren. »Mit der neuen Methode können wir nicht nur die stark wachsende Nachfrage nach SE für Permanentmagneten in der Elektromobilität und der Windkraft bei gleichzeitiger Gewährleistung von stabileren Preisen moderieren, sondern auch die Umwelt schonen«, fasst Professorin Anke Weidenkaff, Institutsleiterin des Fraunhofer IWKS, die Vorteile der 2-Pulvermethode zusammen.

BMBF-FÖRDERMASSNAHME

Das Projekt Scale2PM ist Teil der Fördermaßnahme »Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP+« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Dieses unterstützt Wissenschaftler:innen dabei, Forschungsergebnisse systematisch zu validieren und Anwendungsbereiche zu erschließen.

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