Fraunhofer: E-Motor-Magnete recyclen statt einschmelzen

Der Einsatz recycelter Magnete für E-Fahrzeuge hilft, eine Wertschöpfungskette aufzubauen und soll ohne Einbußen in der Motorleistung möglich sein. Das will das Forschungsprojekts „Funmag“ vom Fraunhofer-Institut IWKS beweisen.

Im E-Scooter befindet sich der Elektromotor im Reifen: Die Magnete sind die silbernen Quader außen an den Kupferwicklungen. | Foto: IWKS
Im E-Scooter befindet sich der Elektromotor im Reifen: Die Magnete sind die silbernen Quader außen an den Kupferwicklungen. | Foto: IWKS
Johannes Reichel
von Anna Barbara Brüggmann

Magnete, wie sie für den Betrieb von E-Motoren verwendet werden, landen oft auf dem Schrottplatz und werden mit Stahlschrott eingeschmolzen, obwohl sie recycelt und wiederverwendet werden könnten, so die Aussage von Forschenden der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS. Das Forschungsprojekt „Funktionelles Magnetrecycling für eine nachhaltige E-Mobilität - Funmag“ verweist darum auf Methoden des Magnetrecyclings und möchte nach eigenen Angaben die Lücke zwischen Theorie und Praxis schließen. Ziel ist es aufzuzeigen, dass effiziente Recyclingtechnologien vorhanden sind, sich recycelte Magnete für diverse Anwendungen – ohne Leistungseinbußen – nutzen lassen und es sich lohnt, kommerzielles Magnetrecycling im großen Maßstab durchzuführen.

Versuche mit verschiedenen E-Motoren und -Fahrzeugen

Dazu werden aus Traktionsmotoren, E-Scootern und Bewegungssensoren die Magnete ausgebaut und analysiert. Anschließend sollen Recyclingmagnete mit den gleichen Eigenschaften hergestellt und wiederum verbaut werden. Für die Versuche hat sich das Institut unter anderem ein E-Bike, einen E-Scooter und ein Hoverboard angeschafft.

„Bei allen neuen Fahrzeugen haben wir zunächst ausführlich den Motor charakterisiert, um relevante Kennwerte zu erhalten, mit denen wir dann später die Leistung der Motoren mit den recycelten Magneten vergleichen können“, so Konrad Opelt, Leiter des Projekts.

In Zusammenarbeit mit Industriepartnern konnten im Rahmen des Forschungsprojekts Altmagnete im Tonnenmaßstab beschafft werden. Wichtig sei es Opelt zufolge, den realistischen Fall abzubilden und zu demonstrieren, dass der Recyclingprozess auch mit undefiniertem Ausgangsmaterial möglich ist.

Produktionsschritte und Ressourcen sparen

Bei der Herstellung eines neuen Magneten wird das Ausgangsmaterial nach Angaben des IWKS zunächst bei etwa 1.400 Grad geschmolzen und dann abgeschreckt, sodass metallische Flakes entstehen. Diese werden in eine Wasserstoffatmosphäre gegeben, durch das Eindringen des Wasserstoffs zerfällt das Material zu einem Granulat. Das Granulat wird mit einer Strahlmühle noch weiter zerkleinert. Es entsteht ein metallisches „Mehl“, welches in Pressformen landet und quasi zum Magneten „gebacken“ wird.

Soll ein Magnet hingegen recycelt werden, könne der umweltbelastende Rohstoffabbau und das energieintensive Aufschmelzen Opelt zufolge übersprungen werden. Es reiche aus, den Altmagneten mit der Wasserstoffatmosphäre in Verbindung zu bringen und die nachfolgenden Prozessschritte zu durchlaufen. Im Rahmen des Recyclingprozesses könnten Tausende Magnete gleichzeitig verarbeitet werden, so der Leiter des Projekts.

Möglichen Qualitätseinbußen entgegensteuern

„Es lässt sich kaum verhindern, dass die Magnete währenddessen etwas Sauerstoff aufnehmen, was zu leichten Qualitätseinbußen führt. Hier können wir aber gezielt entgegensteuern, indem wir beispielsweise zehn bis 20 Prozent neues Material hinzugeben oder die Mikrostruktur der Magnete noch weiter bearbeiten“, erklärt Opelt.

Die Leistung der Recycle-Magnete soll sich nicht nur am fertigen Endprodukt, sondern auch schon im Pulverstadium bestimmen lassen. Es soll ein Eigenschaftsportfolio sowie Handlungsempfehlungen erarbeitet werden, wie der Recyclingprozess so modifiziert werden kann, dass je nach Ausgangszusammensetzung die gewünschten Zieleigenschaften für die Magnete erreicht werden. Aktuell sind die Forschenden noch dabei, den Aufbereitungsprozess während des Recyclingvorgangs weiter zu optimieren. Man sei laut Opelt aber zuversichtlich, die recycelten Magnete schon bald in die E-Motoren einbauen zu können.

Auch für herkömmlichen Alltagsgebrauch

„Wir demonstrieren mit Funmag, dass die Idee auch wirklich funktioniert und tragen so einen entscheidenden Teil zum Aufbau der Wertschöpfungskette bei“, resümiert der Leiter des Forschungsprojekts.

Der Ansatz verspreche mehr Nachhaltigkeit bei gleichzeitig weniger Ressourcenabhängigkeit. Opelt hofft nach eigener Aussage, dass Hersteller zukünftig schon bei der Produktion von Elektromotoren gezielt darauf achten, dass sich die Magnete gut aus- und wieder einbauen lassen – wünschenswert sei dies über die E-Mobilität hinaus für alle Elektrogeräte des täglichen Bedarfs.

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