Recycelte Permanentmagnete als Quelle für Seltenerdelemente
Seltenerdelemente (SEE) sind für „grüne“ Technologieanwendungen von entscheidender Bedeutung, und die Nachfrage wächst. Sie werden hauptsächlich in Permanentmagneten bestehend aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor (NdFeB) für hocheffiziente Motoren für Hybrid-Elektrofahrzeuge und Generatoren von Windkraftanlagen verwendet. Aufgrund der unberechenbaren Handelspolitik Chinas, das den größten Teil an den Weltreserven besitzt und verwertet, ist die Versorgung mit Seltenerdelementen jedoch gefährdet. Der Zugang zu diesen Ressourcen ist außerdem entscheidend für die Umsetzung des europäischen Grünen Deals, mit dem Europa bis 2050 klimaneutral werden soll. Im Rahmen des Projekts REE4EU wurde ein geschlossenes Kreislaufsystem vom Permanentmagnetabfall bis zu neuen Produkten entwickelt. Die Grundlage des Prozesses bilden zwei neuartige Technologien. Die erste, die ionische Flüssigkeitsextraktion, ermöglicht es, Seltenerdelemente in Form von Oxalaten aus den Abfallströmen zu entfernen. Die zweite, die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE), ermöglicht die Herstellung von Seltenerdlegierungen ausgehend von Seltenerdoxidmischungen, die nach der Kalzinierung der Seltenerdoxalatmischungen durch die ionische Flüssigkeitsextraktion erhalten werden.
Ein neuer Ansatz
„Der große Vorteil dieses Prozesses liegt in dem maßgeschneiderten Hochtemperatur-Elektrolyseverfahren, da es die einzelnen Seltenerdoxide bzw. die Schritte zur Halogenidabtrennung und -umwandlung im primären Verarbeitungsverfahren [der Bergbauindustrie] in China eliminiert“, so Projektkoordinatorin Ana María Martínez. Folglich führt die REE4EU-Technologie zu einem effektiveren und ökologisch nachhaltigeren Prozess, da viele einzelne Schritte zur Gewinnung von Seltenerdmetallen vermieden werden. Diese maßgeschneiderten neuartigen Technologien ermöglichen es, Abfälle von Permanentmagneten, die seltene Erden enthalten, entweder in Form von Prozessabfällen, die bei der Herstellung von Permanentmagneten anfallen, oder in Form von verbrauchten Permanentmagneten aus Altprodukten zu behandeln, um so eine Zwischenlegierung herzustellen, die die Seltenerdelemente enthält. Dieses Produkt wird in einem Stranggussverfahren, dem sogenannten „Bandguss“, bearbeitet, um schließlich eine Seltenerdvorlegierung für die Herstellung von Permanentmagneten zu erhalten, wodurch ein vollständiges, kontinuierliches Recyclingverfahren mit einem geschlossenen Regelkreis erreicht wird. „Durch dieses Verarbeitungsverfahren werden die wettbewerbsfähigen Kosten und die hervorragende Umweltbilanz im Vergleich zur herkömmlichen Gewinnung primärer Seltenerdmetalle hervorgehoben. Zudem unterstützt eine Analyse der sozialen Auswirkungen die Implementierung des REE4EU-Prozesses“, erklärt Martinez. Das vollständige Recyclingverfahren mit geschlossenem Regelkreis für Permanentmagnete, vom Abfall, der seltene Erden enthält, bis zum neuen Produkt in Form eines Seltenerd-Permanentmagneten, wurde im Pilotmaßstab demonstriert. „Dies eröffnet die Möglichkeit, eine wichtige Wertschöpfungskette in Europa zu sichern und Unternehmen im Bereich Recycling seltener Erden eine vielversprechende Chance zu bieten“, kommentiert Martinez.
Große Vorteile
Nach der Analyse der während der Pilotversuche gewonnenen Daten konnte im Hinblick auf die Ökobilanz eine Verringerung der Auswirkungen des Klimawandels um etwa 50 % und eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um etwa 35 % im Vergleich zum aktuellen Szenario, der Primärproduktion in China, festgestellt werden. Das Projekt stellt einen bedeutenden Durchbruch dar. „Bisher konnte noch niemand die gesamte Wertschöpfungskette von Permanentmagneten unter Verwendung von Abfall-Ressourcen. die seltene Erden enthalten, in dieser Größenordnung demonstrieren“, betont Martinez. REE4EU wird dazu beitragen, einen neuen europäischen Produktionssektor für sekundäre Seltenerdlegierungen aufzubauen, neue Arbeitsplätze zu schaffen, die Unabhängigkeit Europas von Einfuhren zu erhöhen und Rohstoffe für die schnell wachsende europäische umweltfreundliche Technologieindustrie bereitzustellen. „Damit fördert das Projekt nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit, sondern steigert auch die Ressourceneffizienz und den Nutzen für die Umwelt“, so Martinez abschließend.
Schlüsselbegriffe
REE4EU, Abfall, Permanentmagnet, Seltenerdelement, Recycling, ionische Flüssigkeitsextraktion, Hochtemperatur-Elektrolyse
