Magnete braucht es für Elektrofahrzeuge, Windturbinen oder Elektronik. Seltene Erden wie Neodym, das zu etwa 90 Prozent aus China importiert wird, sind für die Produktion essenziell. Eine Technologie, dank der sich diese wertvollen Rohstoffe nun auch in Deutschland rückgewinnen und für neue Produkte nutzen lassen, entwickeln Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS gemeinsam mit dem Projektpartner TU Bergakademie Freiberg.
Neodym-Magnete zählen zu den stärksten Permanentmagneten der Welt. Die Verbindung aus Neodym, Eisen und Bor wird in Elektrofahrzeugen verbaut, ebenso in Windenergieanlagen oder elektronischen Produkten wie Lautsprechern, Smartphones und Festplatten. Der weltweite Bedarf an Permanentmagneten steigt. Schätzungen zufolge beträgt die jährliche Wachstumsrate bis zu 8,3 Prozent. Daher ist es wichtig, schwer verfügbare Seltene Erden wie Neodym zu recyclen, was aber sehr komplex ist.
Materialkreisläufe schließen, Rohstoffbasis sichern
Um Neodym für neue Magnete wieder nutzen zu können, muss eine sehr hohe Reinheit gegeben sein. Einen Prozess zu etablieren, der diese Anforderung erfüllt und gleichzeitig ökonomisch bleibt, ist herausfordernd. Bislang werden Magnete in Europa daher kaum recycelt, sondern meist gesammelt, nach China geschickt und dort wieder aufbereitet. Etwa 90 Prozent der Stoffe wie Neodym werden anschließend erneut importiert.
Im Projekt NEO-CYCLE entwickeln Forschende ein neues Recyclingverfahren: Ressourcen wie Neodym, Bor und Eisen lassen sich damit aus ausgedienten Laufwerken zurückgewinnen und für neue hochwertige Produkte aufbereiten. © Fraunhofer IKTS Im EU-Projekt NEO-CYCLE entwickelt Dr. Sandra Pavón mit Projektpartnern nun ein Verfahren, mit dem sich wertvolle Rohstoffe auch in Europa extrahieren lassen: »Wir möchten Seltene Erden aus Elektroabfällen rückgewinnen und sie für hochwertige Produkte wie grünen Dünger oder zur Herstellung pharmazeutischer Produkte nutzen«, erklärt die Leiterin der Gruppe Hydrometallurgisches Recycling und Rohstoffchemie am Fraunhofer IKTS in Freiberg. »So erzielen wir einen Kreislauf aus Materialien, schonen die Umwelt und fördern zudem die globale Unabhängigkeit von strategischen Ressourcen.«
Nachhaltige Gewinnung hochwertiger Produkte
Möglich ist der Upcycling-Prozess für verschiedene Magnete. Im Projekt NEO-CYCLE liegt der Fokus auf Hard Disk Drives (HDD), also Festplattenlaufwerke aus entsorgten Computern und Laptops, die Neodym-Magnete enthalten. »Wir testen zwei Aufbereitungsverfahren für Magnete, die Feststoffchlorierung sowie elektrochemische Verfahren, um anschließend die optimale Technologie zu identifizieren«, erklärt Sandra Pavón.
Bei der Feststoffchlorierung wird beim Projektpartner TU Bergakademie Freiberg der Neodym-Bor-Eisenmischung aus den HDD-Abfällen statt herkömmlicher Salzsäure Ammoniumchlorid zugesetzt. In einem thermischen Prozess wird sie direkt zu Metallchloriden und einer hochreinen Ammoniaklösung umgesetzt. Das Verfahren ist bereits patentiert und wird schon für Leuchtstofflampen eingesetzt. Nun testen die Forschenden, ob dieser Ansatz auch für das Upcycling von Magneten ideal ist. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Metallchloride deutlich effizienter aus dem Magnetmaterial lösen lassen, wodurch eine nahezu vollständige Extraktion der Metalle bei vergleichsweise geringem Chemikalienverbrauch erreicht wird.
Im zweiten getesteten Verfahren bringen die Forschenden pulverisierte Magnetabfälle in eine elektrochemische Zelle ein. Ein Elektrolyt wie verdünnte Schwefelsäure dient dabei als Reaktionsmedium für die elektrochemischen Prozesse. Aus den Magneten wird so zunächst eine Bor-Lösung extrahiert, welche später aufkonzentriert wird. Die Lösung kann in der chemischen sowie der Pharmaindustrie genutzt werden.
Anschließend trennen die Forschenden des Fraunhofer IKTS die erhaltenen Produkte der beiden Verfahren weiter auf und bringen dabei ihre Expertise in der Metallseparation und Prozesswasseraufbereitung ein. Sandra Pavón und ihr Team nutzen dafür ein selektives hydrometallurgisches Verfahren, um zunächst Neodym und Eisen zu extrahieren. Danach lassen sich die Metallsalze in ihrer reinen Form gewinnen. Die separierten Stoffe werden durch die Projektpartner weiter aufgewertet und neben der chemischen und Pharmaindustrie auch Branchen wie der Wasserstoffwirtschaft sowie der Düngemittelindustrie bereitgestellt.
Zero-Waste-Konzept als Ziel
Das Projekt NEO-CYCLE wird von der Europäischen Union im Rahmen des Programms Horizon Europe gefördert. NEO-CYCLE läuft insgesamt vier Jahre, eine Pilotanlage ist bereits geplant. Sandra Pavón ist fasziniert: »Am Anfang des Verfahrens stehen Produkte, die ihren Lebenszyklus abgeschlossen haben, am Ende können wir gleich vier verschiedene Industriezweige mit wertvollen, recycelten Rohstoffen versorgen.«
Quelle und weitere Informationen: www.fraunhofer.de
