Il motore elettrico in uno scooter elettrico è nelle gomme: i magneti sono i cuboidi d’argento sul bordo delle bobine di rame. Credito: Fraunhofer-Gesellschaft

I magneti sono componenti preziosi. Sebbene negli ultimi anni siano stati sviluppati metodi di riciclaggio dei magneti funzionali, non sono ancora stati applicati nella pratica e i magneti continuano a essere fusi in rottami di acciaio. I ricercatori del Fraunhofer Research Institute for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS forniscono buoni argomenti sul perché questo dovrebbe cambiare in futuro. Il loro progetto FUNMAG dimostra che i magneti riciclati possono essere utilizzati per alimentare i motori nel settore della mobilità elettrica, senza alcuna perdita di potenza. Dimostra anche che la creazione di una catena del valore per il riciclaggio dei magneti su larga scala darà i suoi frutti.

Il mondo scommette sull’elettromobilità. Questo settore sta registrando una crescita continua e allo stesso tempo sta acquisendo importanza politica nell’ambito della transizione energetica. Il governo federale tedesco, ad esempio, prevede di approvare da sette a dieci milioni di veicoli elettrici per l’uso in Germania entro il 2030. C’è un componente che è semplicemente essenziale per il corretto funzionamento di un motore elettrico: un magnete a base di neodimio (noto anche come Nd -Fe-B o un magnete permanente ad alta energia). Sono attualmente i magneti più potenti disponibili sul mercato e rappresentano circa la metà dei costi del motore, poiché contengono, come suggerisce il nome, elementi di terre rare tra cui neodimio o disprosio. Il fornitore più importante di elementi delle terre rare è la Cina, che soddisfa oltre il 90% della domanda globale durante l’estrazione mineraria in condizioni critiche. L’attività mineraria rilascia sottoprodotti velenosi che possono inquinare le acque sotterranee se non gestite correttamente, causando danni sia alle persone che alla natura.

Nonostante il processo di produzione costoso e problematico, i magneti vengono solitamente semplicemente ammucchiati sulla pila di rottami al termine della loro vita utile e fusi insieme ai rottami di acciaio. E questo continua ad accadere nonostante la disponibilità di metodi di riciclaggio dei magneti funzionali collaudati. Gli scienziati del Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS, ad Hanau, vogliono colmare il divario tra teoria e pratica con il loro progetto di riciclaggio di magneti funzionali per la mobilità elettrica sostenibile, in breve FUNMAG. Sponsorizzato dall’Hessen Agentur, il team di ricerca mira a dimostrare che i motori elettrici che utilizzano magneti riciclati possono generare la stessa potenza di quelli che utilizzano magneti nuovi originali e che, pertanto, il riciclaggio commerciale su larga scala è un’impresa praticabile.

Lavorare con “un vero miscuglio”

Per gli esperimenti corrispondenti, il Fraunhofer IWKS si è procurato, tra l’altro, una bicicletta elettrica, uno scooter elettrico e un hoverboard. Konrad Opelt, capo progetto e scienziato dei materiali, spiega: “Prima di tutto, abbiamo esaminato le caratteristiche dei motori elettrici in ciascuno dei nuovi veicoli per determinare i dati chiave rilevanti che avremmo poi utilizzato per confrontare la potenza dei motori con i magneti riciclati .”

I veicoli elettrici costituiscono la struttura del progetto. La parte fondamentale, tuttavia, è il lavoro con i magneti di scarto. Questi sono stati acquistati a tonnellate da partner industriali esistenti e variano notevolmente in termini di potenza, tipo e condizioni. “Era estremamente importante per noi costruire un caso realistico”, spiega Opelt. “Se i rottamisti decideranno di separare i magneti dai motori che sono stati smaltiti, si tratterà generalmente di un vero e proprio miscuglio di vari magneti, di cui nessuno è sicuro delle caratteristiche precise. Pertanto, il nostro scopo era dimostrare che il processo di riciclo può anche far fronte a materiali di base indefiniti, con queste incognite nel processo. E nessuno l’ha fatto prima di noi”.

fare del nuovo dal vecchio

Da anni i team del Fraunhofer IWKS lavorano alla produzione e al riciclaggio di magneti. Spazi e dispositivi adeguati consentono di realizzare l’intero processo produttivo su scala di impianto pilota. Quando si produce un nuovo magnete, i materiali di partenza vengono inizialmente fusi a circa 1400 gradi e quindi temprati, creando scaglie di metallo. Questi vengono aggiunti a un’atmosfera di idrogeno e la penetrazione dell’idrogeno provoca la scomposizione del materiale in un granulato. Questo viene nuovamente frantumato in un mulino a getto e la “farina” metallica risultante può quindi essere messa in stampi e sinterizzata – o “cotta” – in magneti. Per riciclare un magnete è sufficiente mettere il vecchio magnete a contatto con l’atmosfera di idrogeno e poi seguire i restanti passaggi del processo. “Possiamo semplicemente saltare l’estrazione di materie prime dannose per l’ambiente e il processo di fusione ad alta intensità energetica”, riassume Opelt.

Il processo di riciclaggio consente di elaborare contemporaneamente migliaia di magneti. “È quasi impossibile impedire ai magneti di assorbire un po’ di ossigeno durante questo processo, il che porta a un leggero deterioramento della qualità. Ma possiamo contrastarlo, ad esempio aggiungendo dal 10 al 20 percento di nuovo materiale o elaborando ulteriormente il microstruttura dei magneti”, spiega Opelt. La potenza dei magneti riciclati può essere determinata dal prodotto finale o allo stadio di polvere. Alla fine, questi esperimenti dovrebbero consentire la creazione di un portafoglio di caratteristiche. Ciò fornirà agli utenti futuri consigli su come modificare il processo di riciclaggio per ottenere le caratteristiche target desiderate per i magneti in base alla composizione iniziale.

Costruire una nuova catena del valore

I ricercatori stanno attualmente lavorando per ottimizzare ulteriormente il processo di trattamento durante il processo di riciclaggio. Konrad Opelt è fiducioso, tuttavia, che i magneti riciclati possano presto essere incorporati nei motori elettrici e non vede l’ora di sfrecciare nel cortile dell’istituto sul suo hoverboard.

Una volta completato questo passaggio, sarebbe una prova tangibile del successo del riciclaggio. “Per poter costruire una solida catena del valore per il riciclaggio dei magneti a lungo termine, tutti gli attori della catena devono poter fare affidamento gli uni sugli altri”, sottolinea Opelt. “Con FUNMAG dimostriamo che l’idea funziona davvero e che stiamo dando un contributo decisivo alla costruzione di questa catena del valore”.

L’interesse politico e industriale per l’approccio è grande, perché promette sia una migliore sostenibilità che una minore dipendenza dalle risorse. Konrad Opelt spera che questo incoraggi i produttori in futuro a pensare al futuro nella produzione di motori elettrici e garantire che i magneti siano facili da rimuovere e rimontare, tenendo conto del riciclaggio. Lo stesso vale oltre il settore della mobilità elettrica per tutti i nostri dispositivi elettrici, dai tosaerba agli avvitatori a batteria ai telefoni cellulari. Contengono tutti magneti al neodimio che potrebbero anche essere riciclati economicamente.