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Produzione domestica di magneti più ecologici

I magneti permanenti sono componenti importanti dei motori per veicoli elettrici e generatori di turbine eoliche. I materiali magnetici ecologici aumenteranno la sostenibilità e ripristineranno l’indipendenza europea da una catena di distribuzione globale instabile.
Produzione domestica di magneti più ecologici
Vi è una forte espansione del mercato dell’energia rinnovabile. Per garantire prestazioni a temperature elevate i suoi magneti permanenti si basano al momento su elementi di terre rare leggere (LRE) (neodimio) e terre rare pesanti (HRE) (disprosio, terbio), forniti principalmente dalla Cina. Allo stesso tempo, la richiesta di questi elementi sta aumentando e la Cina sta limitando le esportazioni per alimentare il proprio settore delle energie verdi in espansione.

Dato che i costi dei materiali necessari aumentano e la fornitura diventa inaffidabile, il progetto ROMEO (Replacement and original magnet engineering options), finanziato dall’UE, è stato avviato per ridurre drasticamente la quantità di HRE o/e per trovare un’alternativa agli elementi di terre rare nei magneti permanenti. Gli scienziati hanno lavorato per migliorare le proprietà dei magneti permanenti basati su elementi LRE e hanno sviluppato un magnete completamente privo di terre rare. Il miglioramento della coercitività o resistenza ai cambiamenti nella magnetizzazione consentirà elevate prestazioni a temperature di funzionamento superiori ai 100 °C.

Il consorzio ROMEO ha combinato l’eccellenza e l’esperienza europee con il supporto del Giappone e degli Stati Uniti tramite un comitato consultivo.

Le attuali tecnologie usano circa il 10-11 % in percentuale di peso di disprosio, mentre con la nuova tecnica, solo lo 0,6 % di Dy in percentuale di peso è già efficace. Questa riduzione pari a 16 volte della quantità rappresenta una diminuzione marcata del costo dei magneti fabbricati, che si può stimare all’incirca al 40 % in base ai costi delle materie prime nel 2015. Inoltre, la coercitività dei magneti completamente privi di HRE è stata aumentata notevolmente rispetto ai risultati precedenti. Gli scienziati hanno anche analizzato il migliore compromesso tra le proprietà meccaniche e magnetiche.

Le simulazioni e i metodi di screening a elevato rendimento per valutare le strutture elettroniche e le proprietà magnetiche hanno fatto luce sui possibili materiali candidati per nuovi magneti permanenti. Numerose analisi di formulazioni e tecniche di lavorazione della polvere hanno dato risultati promettenti.

Basandosi sul processo di screening a elevato rendimento sono stati selezionati per gli studi sperimentali nove nuovi materiali magnetici privi di terre rare.

Il team ha valutato le strategie di fabbricazione concentrandosi sulla produzione ecologica. Gli argomenti considerati erano la sinterizzazione e la formatura dei metalli, la produzione di magneti legati con polimero, la lavorazione semifinita e il riciclaggio.

ROMEO ha accettato un compito fondamentale: lo sviluppo di materiali privi di elementi di terre rare per i magneti permanenti richiesto dai veicoli elettrici e dalle turbine eoliche. La fornitura indipendente di materiali sostenibili e di tecnologie di fabbricazione più rispettose dell’ambiente aiuterà l’UE a sfruttare il mercato globale dell’energia rinnovabile.

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Keywords

Magneti permanenti, energia rinnovabile, elementi di terre rare, coercitività