NdFeB-Magnete: Recycling erst im Entstehen

Nicht nur in Deutschland gelten sie als wichtigster Dauermagnet-Typ: Neodym-Eisen-Bor-Magnete-Magnete sind ein unverzichtbarer Bestandteil vieler moderner Technologien; der Bedarf nach ihnen wird in den nächsten Jahren weiter steigen. Im Auftrag der Deutschen Rohstoffagentur DERA erstellte die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS nun eine Studie über den aktuellen Stand des Recyclings von NdFeB-Magneten.

13 Milliarden US-Dollar wert
Global machen NdFeB-Magnete rund 58 Prozent der weltweiten Permanentmagnet-Produktion im Wert von rund 13 Milliarden US-Dollar aus. Sie bestehen zu 60 bis 70 Prozent aus Eisen, zu 30 bis 32 Prozent aus Seltenen Erden – hauptsächlich Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium – und zu einem Prozent aus Bor und Zusätzen, um die magnetischen und physikalischen Eigenschaften zu verbessern. Die Wiederverwendung gilt als nachhaltigste Lösung. Dabei werden die Magnete entmagnetisiert, gereinigt und nach Bedarf in eine neue Form geschnitten, mit einer neuen Korrosionsschutzschicht versehen und erneut magnetisiert. Dazu sind genügend Altmagneten und passende Wiederverwendungsmöglichkeiten notwendig.

Wertstofflich oder rohstofflich?
Zum werkstofflichen Recycling zählen mehrere Verfahren. Die Wasserstoffversprödung zerstört die Magnete in Wasserstoffatmosphäre leicht mechanisch zu grobem Pulver, das sinterfein vermahlen, an einem externen Magnetfeld ausgerichtet, gepresst, gesintert und geglüht wird – ähnlich der Primärproduktion. Davon unterscheidet sich das HDDR-Verfahren durch andere Prozessdrücke und höhere Temperaturen für eine feinere Mikrostruktur des Magnetpulvers. Durch Umschmelzen lassen sich nach induktiver Aufschmelze die entstehenden Bandguss-Flocken durch Primärprozesse zu Sintermagneten verarbeiten. Das Schmelzspinn-Verfahren sieht das induktive Umschmelzen der Magnete zu Bändern vor, deren Vermahlung zu Pulver und die Verarbeitung zu kunststoffgebundenen Magneten.

Das rohstoffliche Recycling zielt auf SE-Elemente oder -Oxide als Vorprodukte ab, die zur Herstellung von Permanentmagneten dienen. Diese Verfahren eignen sich für kleinere Anwendungen und Stoffströme mit unterschiedlichen Magnetklassen. Unterschieden werden hydrometallurgische Verfahren, bei denen man das Material in Säure auflöst und anschließend in individuelle Seltene Erden trennt, und pyrometallurgische Vorgehensweisen. Bei diesen sind hinreichend große Seltene Erden-Konzentrationen nötig, um eine Selektion vom restlichen Material zu gewährleisten.

Kosten versus Eigenschaften
Alle Verfahren verfügen über bestimmte Vor- und Nachteile. So lassen sich mit den werkstofflichen Vorgehenweisen Magnete zu moderaten Kosten herstellen, doch sind die magnetischen Eigenschaften von den Alt-Magneten abhängig. Beim rohstofflichen Verfahren hingegen sind die Kosten für Prozess, Wasser- und Energieverbrauch zwar relativ hoch; allerdings lassen sich dadurch die besten magnetischen Eigenschaften erreichen.

Was die Recyclingpotenziale anlangt, so wird für Traktionsmotoren (28-36 %) und Windturbinen (10-18 %) mit steigenden Rücklaufmengen ausgegangen, die dem Recycling zugute kommen. Andere Studien erwarten sogar eine Sammelrate von 90 Prozent bei Traktionsmotoren und Windturbinen. Tatsächlich lag im Jahr 2019 die Recyclingquote von Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium bei unter einem Prozent. Denn auch bei Seltenen Erden fehlen Sammel- und Rückführungssysteme und bestehen nur geringe wirtschaftliche Anreize. Magnetwerkstoffe gehen beim Schreddern in der Eisenfraktion verloren oder werden beim Stahl- oder Elektroschrott-Recycling aufgeschmolzen und verbleiben in der Schlacke. Nur bei Windkraftanlagen sind erste gezielte Sammelerfolge von Magneten sichtbar, die anschließend nach Asien exportiert werden und dem europä­ischen Wertstoffkreislauf entgehen.

Potenzial bis 2025 weitgehend konstant
Bisherige Untersuchungen zum Materialstrom NdFeB divergieren je nach Region, Zeitraum und Menge. Schätzungen weisen für „NdFeB allgemein“ im Jahr 2030 weltweit ein Aufkommen von 27.000 bis 52.000 Tonnen, in Europa für die Jahre 2018 bis 2040 eine Menge von 25.700 bis 233.000 Tonnen, in Deutschland für 2040 lediglich 4.800 Tonnen aus.

Zu Produktionsabfällen für rohstoffliches Recycling wurde für 2030 weltweit eine Menge von 60.000 bis 158.000 Tonnen errechnet. Für Seltene Erden wird 2040 ein Recyclingpotenzial an Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium von 12.000 Tonnen prognostiziert. In jedem Fall soll das theoretische Recyclingpozenzial bis 2025 „weitgehend konstant“ bleiben, aber dann deutlich Zuwachs durch Mengen aus der Elektromobilität erfahren und ab 2030 zunehmend von Generatoren aus Windkraftanlagen zum Recycling profitieren.

Wertschöpfung mit Hindernissen
Was die Wertschöpfung anlangt, rät die Expertise zur Zurückhaltung: „Die aktuellen Preise für Primärmagnete sind aus rein ökonomischer Perspektive eher niedrig und reichen nicht aus, um das Recycling als unmittelbar finanziell attraktive Alternative zu fördern.“ Hinzu kommt als logistische Herausforderung, dass die Materialströme aufgrund unterschiedlichster NdFeB-Magnetanteile heterogen ausfallen und möglichst viele Quellen benötigen, unterschiedliche Nutzungszyklen aufweisen, als kleine und leichte Bauteile keine automatisierten Demontageprozesse zulassen, und eine Vermischung der diversen Magnetmaterialien vermieden werden sollte.

Unter Kostengründen „dürften insbesondere die Magnete mit den höchsten Anteilen an schweren Seltenen Erden von erhöhtem Interesse sein“, rät die Studie. Außerdem sind ausgediente NdFeB-Magnete aus juristischer Sicht kein separater und damit getrennt zu sammelnder Stoffstrom, sondern Material, das im Stahlschrott verloren geht. Eine Lösung könnte ein eigener Abfallschlüssel für Altmagnete in der Abfallverzeichnis-Verordnung sein.

Versorgung weder stabil noch planbar
Selbst wenn NdFeB-Magnete zu den Permanentmagneten gehören, die auch im Critical Raw Materials Act der EU eine Rolle spielen: Unter dem Strich ist „ein industrielles Magnetrecycling in Deutschland und Europa erst im Entstehungsprozess“, resümiert die DERA-Studie. So bleibe als zentrale Her­ausforderung die stabile und planbare Versorgung mit einer ausreichenden Menge an Altmagneten. Auch wenn der Weg dahin noch lang ist, gibt es doch eine Reihe von Projekten zum NdFeB-Magnetrecycling – und zwar sowohl zum werkstofflichen wie zum rohstofflichen Verfahren.

Zu den deutschen Unternehmungen, die in der Studie erwähnt werden – und die teilweise Startups darstellen – gehören die Heraeus Remloy GmbH, die HyProMag GmbH, die RockLink GmbH und die Lars Walch GmbH & Co KG. Carester und MagREEsource sind französische Firmen; hinzu kommen je zwei Unternehmen in den USA und in Kanada. Zudem befassen sich Forschungseinrichtungen wie die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung, die Hochschule Pforzheim sowie mehrere Technische Universitäten mit dem Thema.

Die Studie steht zum Download zur Verfügung: deutsche-rohstoffagentur.de/DERA/DE/Downloads/rohstoffinformationen-60.pdf;jsessionid=926FBBA9E89B8E9F81E15769F18FA398.internet991?__blob=publicationFile&v=2

(Erschienen im EU-Recycling Magazin 10/2024, Seite 34, Foto: Dirk Schumacher / pixabay.com)