Magnete braucht es für Elektrofahrzeuge, Windturbinen oder Elektronik. Seltene Erden wie Neodym, das zu etwa 90 Prozent aus China importiert wird, sind für die Produktion essenziell. Eine Technologie, dank der sich diese wertvollen Rohstoffe nun auch in Deutschland rückgewinnen und für neue Produkte nutzen lassen, entwickeln Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS gemeinsam mit dem Projektpartner TU Bergakademie Freiberg. Neodym-Magnete zählen zu den stärksten Permanentmagneten der Welt. Die Verbindung aus Neodym, Eisen und Bor wird in Elektrofahrzeugen verbaut, ebenso in Windenergieanlagen oder elektronischen Produkten wie Lautsprechern, Smartphones und Festplatten. Der weltweite Bedarf an Permanentmagneten steigt, wobei Schätzungen zufolge die jährliche Wachstumsrate bis zu 8,3 Prozent beträgt. Daher ist es wichtig, schwer verfügbare Seltene Erden wie Neodym zu recyclen, was aber sehr komplex ist.
Materialkreisläufe schließen, Rohstoffbasis sichern
Um Neodym für neue Magnete wieder nutzen zu können, muss eine sehr hohe Reinheit gegeben sein. Einen Prozess zu etablieren, der diese Anforderung erfüllt und gleichzeitig ökonomisch bleibt, ist herausfordernd. Bislang werden Magnete in Europa daher kaum recycelt, sondern meist gesammelt, nach China geschickt und dort wieder aufbereitet. Daraufhin werden etwa 90 Prozent der Stoffe wie Neodym anschließend erneut importiert. Im EU-Projekt NEO-CYCLE entwickelt Dr. Sandra Pavón mit Projektpartnern nun Verfahren, mit dem sich wertvolle Rohstoffe auch in Europa extrahieren lassen: „Wir möchten Seltene Erden aus Elektroabfällen rückgewinnen und sie für hochwertige Produkte wie grünen Dünger oder zur Herstellung pharmazeutischer Produkte nutzen“, erklärt Dr. Sandra Pavón. „So erzielen wir einen Kreislauf aus Materialien, schonen die Umwelt und fördern zudem die globale Unabhängigkeit von strategischen Ressourcen.“
Nachhaltige Gewinnung hochwertiger Produkte
Möglich ist der Upcycling-Prozess für verschiedene Magnete. Im Projekt liegt der Fokus auf Hard Disk Drives (HDD), also Festplattenlaufwerke aus entsorgten Computern und Laptops, welche Neodym-Magnete enthalten. „Wir testen zwei Aufbereitungsverfahren für Magnete, die Feststoffchlorierung sowie elektrochemische Verfahren, um anschließend die optimale Technologie zu identifizieren“, erklärt Sandra Pavón. Bei der Feststoffchlorierung wird beim Projektpartner TU Bergakademie Freiberg der Neodym-Bor-Eisenmischung aus den HDD-Abfällen statt herkömmlicher Salzsäure Ammoniumchlorid zugesetzt und in einem thermischen Prozess direkt zu Metallchloriden und hochreine Ammoniaklösung umgesetzt. Das Verfahren ist bereits patentiert und wird schon für Leuchtstofflampen eingesetzt.
Nun testen die Forschenden, ob dieser Ansatz auch für das Upcycling von Magneten ideal ist. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Metallchloride deutlich effizienter aus dem Magnetmaterial lösen lassen, wodurch eine nahezu vollständige Extraktion der Metalle bei vergleichsweise geringem Chemikalienverbrauch erreicht wird. Im zweiten getesteten Verfahren bringen die Forschenden pulverisierte Magnetabfälle in eine elektrochemische Zelle ein. Dabei dient ein Elektrolyt wie verdünnte Schwefelsäure als Reaktionsmedium für die elektrochemischen Prozesse. Aus den Magneten wird so zunächst eine Bor-Lösung extrahiert, welche später aufkonzentriert wird und anschließend in der Chemischen sowie der Pharmaindustrie genutzt werden kann. Danach trennen die Forschenden des Fraunhofer IKTS die erhaltenen Produkte der beiden Verfahren weiter auf und bringen dabei ihre Expertise in der Metallseparation und Prozesswasseraufbereitung ein.
Sandra Pavón und ihr Team nutzen dafür ein selektives hydrometallurgisches Verfahren, um zunächst Neodym und Eisen zu extrahieren, wonach sich die Metallsalze in ihrer reinen Form gewinnen lassen. Die separierten Stoffe werden durch die Projektpartner weiter aufgewertet und neben der Chemischen und Pharmaindustrie auch Branchen wie der Wasserstoffwirtschaft sowie der Düngemittelindustrie bereitgestellt.
Zero-Waste-Konzept als Ziel
Das Projekt NEO-CYCLE wird von der Europäischen Union im Rahmen des Programms Horizon Europe gefördert. NEO-CYCLE läuft insgesamt vier Jahre, eine Pilotanlage ist bereits geplant. Sandra Pavón ist fasziniert: „Am Anfang des Verfahrens stehen Produkte, die ihren Lebenszyklus abgeschlossen haben, am Ende können wir gleich vier verschiedene Industriezweige mit wertvollen, recycelten Rohstoffen versorgen.“
Quelle
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS (11/2025)