Die inländische Produktion von umweltfreundlichen Magneten

Permanentmagnete sind kritische Komponenten von Motoren für Elektrofahrzeuge und Generatoren von Windenergieanlagen. Umweltfreundliche magnetische Materialien werden die Nachhaltigkeit erhöhen und die europäische Unabhängigkeit von einer volatilen globalen Lieferkette wiederherstellen.

Energie

Der Markt für erneuerbare Energien boomt. Die Permanentmagnete für den Bereich hängen derzeit von leichten Seltenerd- (LRE) (Neodym) und schweren Seltenerd- (HRE) (Dysprosium, Terbium) Elementen, die in erster Linie von China geliefert, ab, um eine Hochtemperatur-Leistung zu gewährleisten. Zusammen mit der steigenden Nachfrage nach diesen Elementen beschränkt China die Exporte, um ihren eigenen wachsenden Sektor für umweltfreundliche Energie zu stärken. Da die Kosten für die benötigten Materialien steigen und die Versorgung unzuverlässiger wird, wurde das EU-finanzierte Projekt ROMEO (Replacement and original magnet engineering options) ins Leben gerufen wurde, um die Menge von HRE zu verringern oder/und eine Alternative zu den Seltenerdelementen in Permanentmagneten zu finden. Die Wissenschaftler wollten die Eigenschaften von Permanentmagneten auf der Basis von LRE-Elementen verbessern und entwickelten einen Magneten ganz ohne seltene Erden. Die Verbesserung der Koerzivität oder Resistenz gegenüber Änderungen der Magnetisierung wird eine hohe Leistung bei Betriebstemperaturen oberhalb von 100 °C ermöglichen. Das ROMEO-Konsortium kombinierte europäische Exzellenz und Expertise mit Unterstützung aus Japan und den Vereinigten Staaten über einen Beirat. Aktuelle Technologien verwenden etwa 10 - 11 Gew% von Dy, während mit der neuen Technik nur 0,6 Gew% Dy wirksam sind. Diese Reduktion um einen Faktor von 16 stellt eine drastische Verringerung der Kosten für die hergestellten Magnete dar, die auf etwa 40%, auf Basis der Rohstoffkosten vom Jahr 2015, geschätzt werden kann. Außerdem wurde die Koerzivität der völlig HRE-freien Magneten im Vergleich zu früheren Ergebnissen deutlich erhöht. Die Wissenschaftler untersuchten auch den besten Kompromiss zwischen mechanischen und magnetischen Eigenschaften. Simulationen und Hochdurchsatz-Screening-Methoden zur Bewertung der elektronischen Strukturen und magnetische Eigenschaften gaben Aufschluss über mögliche Kandidatenmaterialien für neue Dauermagnete. Zahlreiche Untersuchungen von Formulierungen und Pulververarbeitungstechniken lieferten vielversprechende Ergebnisse. Neun neue seltenerdfreie magnetische Materialien wurden für experimentelle Studien aus dem Hochdurchsatz-Screening-Verfahren ausgewählt. Das Team bewertete Fertigungsstrategien und konzentrierte sich dabei auf eine ökoeffiziente Produktion. Man befasste sich mit den Themen Sintern und Metallumformung, Herstellung von polymergebundenen Magneten, netzförmige Verarbeitung und Recycling. ROMEO übernahm eine kritische Aufgabe: die Entwicklung von seltenerdfreien Materialien für Permanentmagneten, die für Elektrofahrzeuge und Windkraftanlagen benötigt werden. Die unabhängige Versorgung mit nachhaltigen Materialien und umweltfreundlichere Fertigungstechnologien werden der EU helfen, die Vorteile des globalen Markts für erneuerbare Energien zu nutzen.

Schlüsselbegriffe

Permanentmagnete, erneuerbare Energien, Seltenerdelemente, Koerzivität

Replacement and Original Magnet Engineering Options

Die inländische Produktion von umweltfreundlichen Magneten

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