Ultraeffizienzkonzept für die Wiederverwertung von Seltenerdmagneten für Hochleistungsanwendungen in Elektromobilität, erneuerbarer Energie und Digitalisierung (RESolve)

Abstract

Das Projekt RESolve verfolgte das Ziel, ein ultraeffizientes Konzept zur Wiederverwertung von Seltenerdmagneten zu entwickeln, das insbesondere für oxidierte End-of-Life-Magnete (EOL) aus Anwendungen wie Windkraftanlagen geeignet ist. Hierzu wurde eine Prozesskette aufgebaut, die HPMS-basierte Zerkleinerung, optimierte Niedrigenergie-Mahlung, eine selektive Zitronensäure-Behandlung der Korngrenzphase sowie magnetische Abscheidung und schonende Trocknung kombiniert. Wesentliches wissenschaftlich-technisches Ergebnis ist ein reproduzierbarer Prozess zur Gewinnung nahezu stöchiometrischer NdFeB-Einkristallpulver mit reduziertem Sauerstoffgehalt und hohem Anteil magnetisch aktiver Matrixphase. Die selektive Entfernung der seltenerd- und oxidreichen Korngrenzphase mittels 0,5 mol/l Zitronensäure bei Raumtemperatur erweist sich als tragfähiger Kernschritt, der bei etwa 15 Minuten Behandlungszeit Ausbeuten von rund 85% ermöglicht. Ergänzend wurden die Medienströme (Säurelösung, Spülwasser, Ethanol) so geführt, dass eine Rückgewinnung der enthaltenen Seltenen Erden möglich und eine Kreislaufführung insbesondere des Ethanols technisch plausibel ist. Die im Projekt hergestellten Sintermagnete erreichen Remanenzwerte, die die Ausgangsmagnete teilweise übertreffen, was die hohe Qualität der aufbereiteten Matrixphase bestätigt. Die verringerte Koerzitivfeldstärke wird überzeugend auf das noch nicht optimierte Kornfeinheitsniveau (Partikelgrößen um 8 μm statt ca. 4 μm) sowie auf prozessbedingtes Kornwachstum bei hohen Sintertemperaturen zurückgeführt und somit als adressierbares Optimierungsfeld ausgewiesen. Insgesamt schließt der entwickelte Prozess technologisch die Lücke zwischen direktem und voll hydrometallurgischem Recycling, indem er mit vergleichsweise geringem chemischem Aufwand eine deutlich höhere Materialqualität für oxidierte EOL-Magnete erzielt. Kritisch ist anzumerken, dass zentrale Engpässe für eine industrielle Umsetzung bestehen bleiben: Die derzeit geringe Chargengröße im Labormaßstab, der manuelle magnetische Trennschritt, der hohe Wasserbedarf beim Spülen sowie die noch nicht geschlossene Zitronensäure-Kreislaufführung limitieren aktuell die ökonomische und ökologische Performance. Positiv ist, dass diese Punkte im Bericht transparent benannt und konkrete Ansatzpunkte für Skalierung und Medienkreisläufe (industrielle Magnetabscheider, Rotationsverdampfer, Nutzung fermentativ erzeugter Zitronensäure, lokale Säureproduktion) skizziert werden. Insgesamt ist das Vorhaben sowohl wissenschaftlich als auch technologisch erfolgreich verlaufen; die ursprünglichen Ziele wurden im Wesentlichen erreicht, ohne dass grundlegende Zielanpassungen notwendig waren. Der entwickelte hybride Recyclingansatz, die nachgewiesene Reproduzierbarkeit an mehreren Magnettypen und die aufgezeigten Verwertungs- und Anschlussoptionen (Rückführung in die Magnetproduktion, Nutzung als Basislegierung, Rückgewinnung von Neodym) belegen eine hohe wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit. Damit liefert RESolve einen substanziellen Beitrag zur ressourceneffizienten Kreislaufführung von Seltenerdmagneten und eröffnet realistische Perspektiven für eine spätere industrielle Umsetzung, sofern die identifizierten Skalierungs- und Prozessoptimierungen adressiert werden.