Магниты являются ценными компонентами. Хотя в последние годы были разработаны методы вторичной переработки функциональных магнитов, они еще не применялись на практике, и магниты продолжают переплавлять в стальной лом. Исследователи Фраунгоферского исследовательского института переработки материалов и стратегий использования ресурсов IWKS приводят веские аргументы в пользу того, почему это должно измениться в будущем. Их проект FUNMAG демонстрирует, что переработанные магниты можно использовать для питания двигателей в секторе электромобилей без потери мощности. Это также показывает, что создание цепочки создания стоимости для крупномасштабной переработки магнитов окупится.
Мир делает ставку на электромобили. В этом секторе наблюдается постоянный рост, а также он приобретает политическое значение в рамках энергетического перехода. Федеральное правительство Германии, например, планирует к 2030 году одобрить от семи до десяти миллионов электромобилей для использования в Германии. Есть один компонент, который просто необходим для электродвигателя .для правильной работы — магнит на основе неодима (также известный как Nd-Fe-B или высокоэнергетический постоянный магнит). В настоящее время они являются самыми мощными магнитами, доступными на рынке, и на них приходится около половины стоимости двигателя, содержащего, как следует из названия, редкоземельные элементы, включая неодим или диспрозий. Наиболее значительным поставщиком редкоземельных элементов является Китай, который обеспечивает более 90% мирового спроса при добыче в критических условиях. При добыче полезных ископаемых выделяются ядовитые побочные продукты, которые при неправильном обращении могут загрязнять грунтовые воды, нанося вред как людям, так и природе.
Несмотря на дорогой и проблематичный производственный процесс, магниты, как правило, просто складываются на кучу металлолома в конце срока их службы и переплавляются вместе со стальным ломом. И это продолжает происходить, несмотря на наличие проверенных функциональных методов переработки магнитов. Ученые из Фраунгоферского научно-исследовательского института по переработке материалов и стратегии использования ресурсов IWKS в Ханау хотят сократить разрыв между теорией и практикой с помощью своего проекта функциональной переработки магнитов для устойчивой электронной мобильности, сокращенно FUNMAG. Исследовательская группа, спонсируемая Hessen Agentur, стремится доказать, что электродвигателичто использование переработанных магнитов может генерировать такую же энергию, как и использование оригинальных новых магнитов, и что, следовательно, коммерческая переработка в больших масштабах является жизнеспособным предприятием.
Работа с «настоящей смешанной сумкой»
Для соответствующих экспериментов Fraunhofer IWKS закупил, среди прочего, электрический велосипед, электрический скутер и ховерборд. Конрад Опельт, руководитель проекта и ученый-материаловед, объясняет: «Прежде всего, мы изучили характеристики электродвигателей в каждом из новых автомобилей, чтобы определить соответствующие ключевые данные, которые мы позже использовали для сравнения мощности двигателей с переработанными магнитами.»
Электромобили составляют основу проекта. Ключевой частью, однако, является работа с ломовыми магнитами. Они закупались тоннами у существующих отраслевых партнеров и сильно различались по мощности, типу и состоянию. «Для нас было чрезвычайно важно создать реалистичный кейс, — объясняет Опельт. «Если торговцы металлоломом решат отделить магниты от двигателей, которые были утилизированы, то это вообще будет настоящая мешанина из различных магнитов, в точных характеристиках которых никто не уверен. Поэтому нашей целью было показать, что процесс утилизации также может справиться с неопределенными базовыми материалами, с этими неизвестными в процессе. И никто не делал этого до нас».
Делаем новое из старого
В течение многих лет команды Fraunhofer IWKS работали над производством и переработкой магнитов. Соответствующие помещения и оборудование позволяют осуществлять весь производственный процесс в масштабе опытно-промышленной установки. При производстве нового магнита исходные материалы сначала плавятся при температуре около 1400 градусов, а затем закаляются, образуя металлические чешуйки. Они добавляются в атмосферу водорода, и проникновение водорода приводит к тому, что материал распадается на гранулы. Его снова измельчают в струйной мельнице, а полученную металлическую «муку» затем можно поместить в формы и спекать — или «выпекать» — в магниты. Чтобы переработать магнит, достаточно привести старый магнит в контакт с водородной атмосферой, а затем выполнить оставшиеся этапы процесса. »
Процесс переработки позволяет обрабатывать тысячи магнитов одновременно. «Практически невозможно предотвратить захват магнитами кислорода во время этого процесса, что приводит к небольшому ухудшению качества. Но мы можем противодействовать этому, например, добавляя от 10 до 20 процентов нового материала или подвергая дополнительную обработку. микроструктура магнитов», — объясняет Опельт. Мощность переработанных магнитов можно определить по конечному продукту или на стадии порошка. В конце концов, эти эксперименты должны позволить создать портфель характеристик. Это даст будущим пользователям рекомендации по изменению процесса переработки для достижения желаемых целевых характеристик магнитов на основе исходного состава.
Создание новой цепочки создания стоимости
В настоящее время исследователи работают над дальнейшей оптимизацией процесса обработки в процессе переработки. Однако Конрад Опельт уверен, что переработанные магниты вскоре можно будет использовать в электродвигателях, и уже с нетерпением ждет возможности прокатиться по двору института на своем ховерборде.
Как только этот шаг будет завершен, это станет ощутимым доказательством успеха переработки. «Чтобы иметь возможность построить надежную цепочку создания ценности для переработки магнитов в долгосрочной перспективе, все участники цепочки должны иметь возможность полагаться друг на друга», — подчеркивает Опельт. «С FUNMAG мы демонстрируем, что идея действительно работает и что мы вносим решающий вклад в построение этой цепочки создания стоимости».
Политический и отраслевой интерес к этому подходу велик, поскольку он обещает как более высокую устойчивость, так и меньшую зависимость от ресурсов. Конрад Опельт надеется, что это побудит производителей в будущем думать заранее при производстве электродвигателей и обеспечивать простоту снятия и повторной сборки магнитов с учетом вторичной переработки. То же самое относится ко всем нашим электрическим устройствам, от газонокосилок до беспроводных шуруповертов и сотовых телефонов, за пределами сектора электромобилей. Все они содержат неодимовые магниты, которые также могут быть экономично переработаны.
