Magnete recyclen
Projekt „MagCycleAM“ von VolkswagenStiftung mit rund 1,1 Millionen Euro gefördert
01.04.2025
Die VolkswagenStiftung hat neue Projekte in der Förderinitiative „Zirkularität mit recycelten und biogenen Rohstoffen“ bewilligt: Vier Jahre lang und mit rund 1,1 Millionen Euro wird das von TU-Professor Oliver Gutfleisch geleitete Projekt „MagCycleAM – Resource and Energy Efficient Recycling and Additive Manufacturing of Nd-Fe-B Magnets“ gefördert. In Kooperation mit der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS Hanau und The Weizmann Institute of Science in Rehovot forscht ein Team an der Herstellung nachhaltiger Dauermagnete.
Derzeit gibt es eine enorme Vielfalt an Hochleistungsmagneten z. B. in der Elektromobilität und Windenergie, die sich je nach Anwendung und Hersteller erheblich unterscheiden. Eine direkte Wiederverwendung von Nd-Fe-B-basierten Magneten (Dauermagnete) aus alten Elektromotoren ist technisch möglich, da die magnetischen Eigenschaften der Magnete durch den Betrieb nicht beeinträchtigt werden. Aufgrund der fehlenden Standardisierung der Magnete wird dies in der Praxis jedoch nicht umgesetzt. Das Konsortium verfolgt mit dem direkten oder funktionalen Recycling das Ziel, die Altmagnete wieder für den Gebrauch aufzubereiten. Die chemischen Elemente werden jedoch nicht voneinander getrennt und z. B. als Seltenerdoxide auf den Markt gebracht, sondern durch Wasserstoffzerstäubung oder Rascherstarrung der Schmelze zu Pulver verarbeitet, das für die Magnetproduktion wiederverwendet werden kann. Dies ist mit weniger Energieverbrauch, damit geringeren CO2 Emissionen, weniger Abfall und ohne den Einsatz von umweltbelastenden Chemikalien möglich. Um den Energieverbrauch und den Materialabfall weiter zu reduzieren, ist die additive Fertigung von Nd-Fe-B-Magneten ein vielversprechender Ansatz für eine nachhaltige und effiziente Produktionskette und einen umfassenden Materialkreislauf. Im Vergleich zum konventionellen Sintern oder Heißverformen von Magneten ermöglicht dieser Ansatz eine geometrische Freiheit im Magnetdesign, das zu einer Optimierung von Anwendungen wie Elektromotoren führen. Das Projekt kombiniert daher das Recycling mit der additiven Fertigungstechnik, um nachhaltige („responsible“) Dauermagnete herzustellen.
„In diesem Projekt stellen wir ein starkes Konsortium mit langjähriger Erfahrung in der Magnetherstellung und -entwicklung, das einen innovativen Ansatz zur nachhaltigen Pulver- und Magnetherstellung realisieren will.“
Professor Oliver Gutfleisch
„Nicht nur innerhalb des Projektes, sondern auch von Seiten der TU Darmstadt profitieren wir von der hervorragenden Infrastruktur und dem umfassenden Know-how und bewährten Zusammenarbeit mit unseren TU-Partnern im Additive Manufacturing Center (AMC).“
Dr. Lukas Schäfer vom AMC
535.800 Euro für TU Darmstadt
535.800 Euro der Fördersumme gehen an die TU Darmstadt. Die TU-Gruppe „Funktionale Materialien“ ist federführend in diesem Projekt und beschäftigt sich mit der Additiven Magnetfertigung, genauer mit der Optimierung und Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften. In diesem Projekt wird speziell die PBF-LB/M Methode zur Verarbeitung rezyklierter magnetischer Werkstoffe eingesetzt, die bisher noch keine kommerzielle Rolle spielt. Das Hauptmerkmal dieser Technik ist, dass keine Bindemittelphase verwendet wird, was bedeutet, dass das Pulvermaterial durch Wiederaufschmelzen zu vollständig dichten Teilen verarbeitet wird. Nur so können höchste Leistung wie bei gesinterten Magneten erreichen werden. Dieser Prozess muss kontrolliert werden, um z. B. die Bildung von Sekundärphasen (insbesondere von weichmagnetischem Eisen) zu verhindern, aber auch um eine optimale Korngröße und Textur zu erzeugen. Die derzeitige magnetische Performanz solcher „gedruckter“ Magnete kann bisher noch nicht mit Energieprodukten der kommerziellen Nd-Fe-B-Magneten konkurrieren. Jedoch birgt dieser Prozess wesentliche Vorteile durch eine Energieeffiziente Verarbeitung, minimaler Materialabfall und eine geometrische Freiheit im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsprozessen
Anknüpfung an Ihre bisherigen Forschung
Die TU Darmstadt hat im Rahmen des von Professor Gutfleisch koordinierten Sonderforschungsbereichs CRC/TRR 270 bereits wertvolle Erfahrungen im Bereich der additiven Fertigung magnetischer Materialien gesammelt.
Darüber hinaus konnte innerhalb des Additive Manufacturing Center der TU Darmstadt – insbesondere durch die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Maschinenbau-Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen PTW – bedeutende Fortschritte in der Prozessoptimierung und Materialcharakterisierung erzielt werden. Diese Zusammenarbeit führte zu einem durch das Forum interdisziplinäre Forschung (FiF) geförderte Projekt „QuamM – Qualifizierung magnetischer Materialien für die Additive Fertigung“.
Die Förderinitiative
Die von der Volkswagenstiftung neu bewilligten Projekte stellen praxisrelevante Forschungsansätze dar, die geschlossene Rohstoff-Produkt-Kreisläufe anstreben. Denn Abfälle zu vermeiden oder wiederzuverwerten sind wichtige Schritte hin zu neuen Produktionstechnologien, die weniger kosten, aber effizienter und umweltverträglicher sind. Durch die Ausbeutung seiner Primärrohstoffe kommt das „System Erde“ an seine Belastungsgrenze. Und auch Treibhausgasemissionen, Biodiversitätsverlust und Wasserverbrauch legen weiter zu. Die Kreislaufwirtschaft oder „Zirkularität“ kann einen Weg aus dieser Defizit-Spirale weisen. Daher fördert die VolkswagenStiftung dieses wichtige und zukunftsträchtige praxisnahe Forschungsfeld.
