Reciclarea magneților ar putea fi mult mai utilă pentru mașini decât credeam
Magneții sunt componente valoroase. Deși în ultimii ani au fost dezvoltate metode funcționale pentru reciclarea magneților, acestea nu au fost încă puse în practică, iar magneții continuă să fie topiți ca resturi de oțel.
Cercetătorii de la Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS, din Germania, oferă argumente bune pentru care acest lucru ar trebui să se schimbe în viitor.
Proiectul lor FUNMAG demonstrează că magneții reciclați pot fi folosiți pentru motoarele din sectorul mobilității electrice, fără nicio pierdere de putere. De asemenea, arată că stabilirea unui lanț valoric pentru reciclarea magneților la scară largă va produce roade.
De ce este importantă reciclarea magneților?
Omenirea pariază pe electromobilitate. Acest sector înregistrează o creștere continuă, câștigând în același timp importanță politică ca parte a tranziției energetice.
Guvernul federal german, de exemplu, intenționează să aprobe șapte până la zece milioane de vehicule electrice pentru utilizare în Germania până în 2030, scrie Tech Xplore.
Există o componentă care este pur și simplu esențială pentru ca un motor electric să funcționeze corect: un magnet pe bază de neodim (cunoscut și sub numele de Nd-Fe-B sau un magnet permanent de mare energie).
În prezent, aceștia sunt cei mai puternici magneți disponibili pe piață și reprezintă aproximativ jumătate din costurile motorului, conținând, după cum sugerează și numele, elemente din pământuri rare, inclusiv neodim sau disproziu.
Din ce anume sunt realizați magneții?
Cel mai important furnizor de elemente din pământuri rare este China, care satisface peste 90% din cererea globală în timp ce exploatează în condiții critice. Exploatarea eliberează produse secundare otrăvitoare care pot polua apele subterane dacă nu sunt manipulate corect, dăunând atât oamenilor, cât și naturii.
În ciuda procesului de producție costisitor și problematic, magneții sunt de obicei pur și simplu aruncați în grămada de resturi la sfârșitul duratei lor de viață și topiți împreună cu fierul vechi.
Și acest lucru continuă să se întâmple în ciuda disponibilității metodelor funcționale dovedite de reciclare a magneților. Oamenii de știință de la Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS, din orașul Hanau, doresc să reducă decalajul dintre teorie și practică prin metoda lor de reciclare funcțională pentru proiecte de mobilitate electrică durabilă, pe scurt FUNMAG.
Reciclarea magneților ar putea fi esențială pentru motoarele electrice din viitori
Sponsorizată de Hessen Agentur, echipa de cercetare își propune să demonstreze că motoarele electrice care folosesc magneți reciclați pot genera aceeași putere ca și cele care folosesc magneți noi și că, prin urmare, reciclarea magneților comercială la scară largă este un efort care va da un bun randament.
Pentru experimentele corespunzătoare, Fraunhofer IWKS a procurat, printre altele, o bicicletă electrică, scuter electric și un hoverboard.
„În primul rând, ne-am uitat la caracteristicile motoarelor electrice din fiecare dintre noile vehicule pentru a determina datele cheie relevante pe care le vom folosi ulterior pentru a compara puterea motoarelor cu magneți reciclați”, explică Konrad Opelt, șef de proiect și cercetător al materialelor.
Vehiculele electrice formează cadrul proiectului. Partea cheie, totuși, este lucrul cu deșeurile de magneți. Acestea au fost procurate la tonă de la partenerii industriali existenți și variază foarte mult în ceea ce privește puterea, tipul și starea.
„A fost extrem de important pentru noi să construim un caz realist”, explică Opelt.
„Dacă dealerii de fier vechi decid să separe magneții de motoarele care au fost aruncate, va rezulta, în general, un adevărat sac amestecat de diverși magneți, de ale căror caracteristici precise nimeni nu este sigur. Prin urmare, scopul nostru a fost să arătăm că procesul de reciclare poate face față și materialelor de bază nedefinite, cu aceste necunoscute în proces. Și nimeni nu a făcut asta înaintea noastră”, a continuat el.
Cum sunt produși magneții?
De ani de zile, echipele de la Fraunhofer IWKS au lucrat la producerea și reciclarea magneților. Spațiile și dispozitivele adecvate permit ca întregul proces de producție să fie realizat la scară de instalație pilot.
La producerea unui nou magnet, materialele de pornire sunt inițial topite la aproximativ 1.400 de grade și apoi stinse, creând fulgi de metal. Acestea sunt adăugate într-o atmosferă de hidrogen, iar pătrunderea hidrogenului face ca materialul să se descompună într-un granulat.
Acesta este zdrobit din nou într-o moară cu jet, iar „făina” metalică rezultată poate fi apoi pusă în forme și sinterizată, sau „coaptă”, în magneți. Pentru a recicla un magnet, este suficient să puneți magnetul vechi în contact cu atmosfera de hidrogen și apoi să urmați pașii rămași din proces.
„Putem să omitem pur și simplu exploatarea materiilor prime care dăunează mediului și procesul de topire consumatoare de energie”, rezumă Opelt.
Reciclarea magneților, cu un pas mai aproape de realitate
Procesul de reciclare permite procesarea a mii de magneți simultan. „Este aproape imposibil să împiedicăm magneții să preia oxigen în timpul acestui proces, ceea ce duce la o ușoară deteriorare a calității. Dar putem contracara acest lucru, de exemplu, adăugând o cantitate de 10-20% de material nou sau procesând în continuare microstructura magneților”, explică Opelt.
Puterea magneților reciclați poate fi determinată din produsul final sau din stadiul de pulbere. În cele din urmă, aceste experimente ar trebui să permită stabilirea unui portofoliu de caracteristici. Acest lucru le va oferi viitorilor utilizatori recomandări cu privire la modul de modificare a procesului de reciclare pentru a atinge caracteristicile țintă dorite pentru magneți pe baza compoziției inițiale.
Cercetătorii lucrează în prezent la optimizarea procesului de tratare în timpul procesului de reciclare. Konrad Opelt este totuși încrezător că magneții reciclați vor putea fi încorporați în curând în motoare electrice și deja așteaptă cu nerăbdare să se plimbe prin curtea institutului cu hoverboardul său.
Odată ce acest pas este finalizat, ar fi o dovadă tangibilă a succesului reciclării. „Pentru a putea construi un lanț valoric robust pentru reciclarea magneților pe termen lung, toți actorii din lanț trebuie să se poată baza unii pe alții”, subliniază Opelt.
Utilitatea merge dincolo de sectorul mobilității
„Prin FUNMAG, demonstrăm că ideea funcționează cu adevărat și că aducem o contribuție decisivă la construirea acestui lanț valoric”, spune el.
Interesul politic și al industriei față de această abordare este mare, deoarece promite atât o durabilitate îmbunătățită, cât și o dependență mai mică de resurse.
Konrad Opelt speră că acest lucru îi încurajează pe producători să se gândească la viitor atunci când produc motoare electrice și să se asigure că magneții sunt ușor de îndepărtat și reasamblat, având în minte reciclarea.
Același lucru este valabil și dincolo de sectorul mobilității electrice pentru toate dispozitivele noastre electrice, de la mașinile de tuns iarba până la șurubelnițele fără fir și la telefoane mobile. Toate conțin magneți de neodim care ar putea fi, de asemenea, reciclați economic.
Vă recomandăm să citiți și:
Răcirea pasivă a locuințelor în perioadele caniculare este eficientă, spun cercetătorii
Cancerul bucal ar putea fi detectat folosind creierul și antenele de lăcustă
Biobateriile cu bacterii ar putea genera energie pentru săptămâni întregi