Wirtschaftskritische Rohstoffe

Demontierter Elektro Motor
Kreislauffähige Elektromotoren verbessern die Recyclingfähigkeit und Rückgewinnbarkeit von Seltenerd-Permanentmagneten

Das Institut der Aufbereitungsmaschinen und Recyclingsystemtechnik (IART) an der TU Bergakademie Freiberg erforscht im Vorhaben „LIKE“ Leichtbautechnologien für lebensphasenübergreifende Produkte der Energiewende am Beispiel von Elektromotoren mit Permanenterregung. Um die Abhängigkeit von wirtschaftsstrategischen Rohstoffen zu reduzieren, sollen Geschäftsmodelle und das Design zur Optimierung der Recyclingphase angepasst werden.

In Elektromotoren oder Generatoren sind einige wirtschaftsstrategische Rohstoffe wie Magnetwerkstoffe, Kupfer oder hochlegierte Stähle enthalten. Deren kontrollierte Rückgewinnung und Stoffstromkanalisierung mit Rückführung in den Stoffkreislauf umfasst eine strategische Planung der Recyclingstrategien, wie sie die R-Regeln mit Reuse, Repair bis zum Recovery beschreiben. Die Planung muss bei der Rücknahme beginnen und reicht über die verschiedenen Recyclingrouten mit entsprechender Behandlungstechnologie. Voraussetzung für die Umsetzung ist eine kreislauffähige Gestaltung der Produkte mit eindeutiger Authentifikation sowie eindeutiger Identifikation von Bauteilen und Werkstoffen mit Zugriff auf Informationen entlang des Lebenszyklus (Digitaler Produktpass). Nur mit ausreichenden Informationen am Ende des Lebenszyklus sowie eineindeutiger Zuordnung der Produkte, Baugruppen und Werkstoffe werden ökologisch und ökonomisch effiziente Recyclingrouten planbar.    

Hierfür werden am IART Elektro-Motoren mittlerer Baugrößen aus dem Bereich der Automatisierung und Mobilitätsbranche demontiert und ihre Komponenten hinsichtlich Wiedereinsatzfähigkeit sowie Rückgewinn-barkeit von Rohstoffen bewertet. Der Rotor weist funktionsbedingt Seltenerd-Permanentmagnete mit einem Gehalt von 20 – 35 % an Seltene Erden, wie Neodym (Nb), Dysprosium (Dy) oder Samarium (Sm) auf. Untersucht werden die Demontage zur Rückgewinnung der Magnete, damit verbunden die Optimierung des Designs sowie die Weiterverwendung der Magnete. Alternativ werden verschiedene Aufbereitungsrouten untersucht.

Seltene Erden zählen zu den kritischen Rohstoffen die von der Europäischen Kommission als essentiell wichtig für die Widerstandsfähigkeit der europäischen Wirtschaft eingestuften wurden. Dabei ist die Aufrechterhaltung kritischer Wertschöpfungsketten von strategischer Relevanz. Hierbei kann das Recycling von Magneten einen erheblichen Beitrag leisten um bestehende Seltenerd - Rohstoffimporte besser zu moderieren. Langfristig soll die Abhängigkeit von primären kritischen Rohstoffen durch zirkuläre Ressourcennutzung, nachhaltigere Produkte und Innovation für die Energiewende verringert werden. Des weiterem wird durch intelligentes Produktdesign und eine fokussierende Wiederverwendung von Magneten der CO2-Fußabdruck gesenkt.

Das IART bearbeitet im Vorhaben weiterhin die Stoffstromkanalisierung mit dem Ziel, die Wertschöpfung für Unternehmen zu erhöhen. Dies umfasst die Integration der Recyclingphase in die Designphase sowie der Abgleich mit den Geschäftsmodellen (Recyclingfähigkeit, Aspekte des Design for Recycling, Vorwegnahme zukünftiger Ökodesignvorschriften, Integration der VDI 2243). Um dieses Ziel zu erreichen werden am Institut weitere wissenschaftliche Aufbereitungsanalysen für Magnete durchgeführt um eine langfristige industrielle Wiederverwendung von Seltenerd-Magneten in Europa zu ermöglichen.

M.Sc. Adrian Valenas, Dr. Thomas Krampitz

LIKE Förderkennzeichen: 03LB2008G

[1]        Europäische Kommission, Widerstandsfähigkeit der EU bei kritischen Rohstoffen: Einen Pfad hin zu größerer Sicherheit und Nachhaltigkeit abstecken, Brüssel, den 3.9.2020


Elektro-Motor mit Permanent Magneten
Übersicht der kritischen Rohstoffimporten 2020 der Europäischen Union [1]
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