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Die VolkswagenStiftung hat neue Projekte in der Förderinitiative „Zir-kularität mit recycelten und biogenen Rohstoffen“ bewilligt: Vier Jahre lang und mit rund 1,1 Millionen Euro wird das von TU-Professor Oli-ver 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 Wert-stoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS Hanau und The Weiz-mann Institute of Science in Rehovot forscht ein Team an der Herstel-lung nachhaltiger Dauermagnete.
Derzeit gibt es eine enorme Vielfalt an Hochleistungsmagneten z. B. in der Elektromobilität und Windenergie, die sich je nach Anwendung und Herstel-ler 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 Altmag-nete wieder für den Gebrauch aufzubereiten. Die chemischen Elemente wer-den 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 wiederver-wendet werden kann. Dies ist mit weniger Energieverbrauch, damit geringe-ren CO2-Emissionen, weniger Abfall und ohne den Einsatz von umweltbelas-tenden Chemikalien möglich. Um den Energieverbrauch und den Materialab-fall 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 An-wendungen wie Elektromotoren führen. Das Projekt kombiniert daher das Recycling mit der additiven Fertigungstechnik, um nachhaltige („responsib-le“) Dauermagnete herzustellen.
„In diesem Projekt stellen wir ein starkes Konsortium mit langjähriger Erfah-rung in der Magnetherstellung und -entwicklung, das einen innovativen An-satz zur nachhaltigen Pulver- und Magnetherstellung realisieren will“, so Gutfleisch.
„Nicht nur innerhalb des Projektes, sondern auch von Seiten der TU Darm-stadt profitieren wir von der hervorragenden Infrastruktur und dem umfas-senden Know-how und bewährten Zusammenarbeit mit unseren TU-Partnern im Additive Manufacturing Center (AMC)“, ergänzt 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 erreicht werden. Dieser Prozess muss kontrol-liert werden, um zum Beispiel 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 Pro-zess wesentliche Vorteile durch eine Energieeffiziente Verarbeitung, minima-ler Materialabfall und eine geometrische Freiheit im Gegensatz zu konventio-nellen Herstellungsprozessen.
Weitere Informationen
Die TU Darmstadt hat im Rahmen des von Professor Oliver Gutfleisch koor-dinierten Sonderforschungsbereichs CRC/TRR 270 bereits wertvolle Erfahrun-gen 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 Werk-zeugmaschinen 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 Ferti-gung“.
Die Förderinitiative
Die von der Volkswagenstiftung neu bewilligten Projekte stellen praxisrele-vante 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 Pri-märrohstoffe 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.
Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, Functional Materials, Fachbereich Material- und Geowissenschaften TU Darmstadt: oliver.gutfleisch@tu-darmstadt.de; +49 6151 16-22150
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Environment / ecology, Materials sciences
transregional, national
Research projects
German
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