Wie kann man gebrauchte Magnete recyceln?

Magnete, insbesondere solche aus Seltenerdelementen wie Neodym (NdFeB) und Samarium-Kobalt (SmCo), sind unverzichtbare Bestandteile zahlreicher moderner Technologien, darunter Elektronik, Elektrofahrzeuge, Windkraftanlagen und Medizingeräte. Doch wenn diese Produkte das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, stellt sich die Frage: Wie können wir gebrauchte Magnete verantwortungsvoll recyceln, um wertvolle Materialien zurückzugewinnen und die Umweltbelastung zu minimieren? Dieser Leitfaden erläutert den Recyclingprozess für gebrauchte Magnete und beleuchtet wichtige Technologien, Herausforderungen und bewährte Verfahren.

1. Zusammensetzung und Recyclingpotenzial von Magneten verstehen

Die meisten starken Magnete bestehen aus Seltenerdelementen in Kombination mit Eisen, Bor, Kobalt oder anderen Metallen. Diese Materialien sind aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen Eigenschaften unerlässlich, aber auch endlich und stammen oft aus ökologisch sensiblen Regionen. Das Recycling von Magneten schont nicht nur diese Ressourcen, sondern reduziert auch den Bedarf an Rohstoffabbau, der erhebliche ökologische und soziale Folgen haben kann.

Das Recyclingpotenzial von Magneten hängt von ihrer Art und Form ab. Beispielsweise sind gesinterte NdFeB-Magnete, die häufig in Festplatten und Elektromotoren verwendet werden, aufgrund ihrer Sprödigkeit und der starken Magnetfelder, die an Recyclinganlagen haften bleiben können, schwieriger zu recyceln als gebundene Magnete.

2. Wichtige Recyclingtechnologien

Zur Bewältigung der Herausforderungen beim Magnetrecycling sind verschiedene innovative Technologien entstanden, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen:

a. Wasserstoffverarbeitung von Magnetschrott (HPMS)

Die von Forschern der Universität Birmingham entwickelte und von Unternehmen wie HyProMag kommerzialisierte HPMS-Methode ist ein bahnbrechendes Verfahren, bei dem gesinterte NdFeB-Magnete mithilfe von Wasserstoffgas in ein loses, entmagnetisiertes Pulver zerlegt werden. Dabei wird der Magnet Wasserstoff ausgesetzt, der in die Korngrenzen diffundiert und so eine Ausdehnung und den Zerfall des Magneten bewirkt. Dieses Verfahren ist effizient, umweltfreundlich und erhält die Materialeigenschaften der Seltenerdelemente, sodass diese in neuen Magneten wiederverwendet werden können.

Vorteile :

• Hohe Effizienz : Das Verfahren wandelt Magnete schnell in Pulverform um.
• Umweltverträglichkeit : Es werden keine gefährlichen Chemikalien verwendet, und bei dem Verfahren entstehen keine giftigen Dämpfe.
• Materialerhaltung : Das gewonnene Pulver behält eine hohe Reinheit und eignet sich zur Herstellung neuer Magnete.

Einschränkungen :

• Spezialausrüstung : Erfordert Wasserstoffgas und kontrollierte Umgebungen, was die Skalierbarkeit in einigen Regionen einschränken kann.
• Anfangsinvestition : Die Einrichtung von HPMS-Anlagen erfordert erhebliches Kapital.

b. Säurefreie hydrometallurgische Verfahren

Herkömmliche hydrometallurgische Verfahren zum Recycling von Seltenerdmagneten basieren auf dem Auflösen der Magnete in Mineralsäuren. Dieses Verfahren kann gesundheitsschädlich sein und giftige Abfälle erzeugen. Forscher des Critical Materials Institute (CMI) haben jedoch eine säurefreie Alternative entwickelt, die Magnete in einer ungiftigen Lösung auflöst und hochreine Seltenerdelemente zurückgewinnt. Diese Methode eignet sich besonders gut für geschredderten, magnethaltigen Elektronikschrott und macht Vorbehandlungsschritte wie Sortieren oder Entmagnetisieren überflüssig.

Vorteile :

• Sicherheit : Verzicht auf die Verwendung gefährlicher Säuren, wodurch Gesundheits- und Umweltrisiken reduziert werden.
• Vielseitigkeit : Kann eine Vielzahl von Magnettypen und -formen verarbeiten, einschließlich geschreddertem Elektroschrott.
• Hohe Reinheit : Gewinnt Seltenerdoxide von außergewöhnlicher Reinheit.

Einschränkungen :

• Chemikalienmanagement : Obwohl das Verfahren säurefrei ist, erfordert es dennoch einen sorgfältigen Umgang mit Chemikalien.
• Energieintensität : Kann einen erheblichen Energieaufwand für die Erwärmung oder andere Prozessschritte erfordern.

c. Kurzkreislaufrecycling

Das Kurzschleifenverfahren von HyProMag zielt darauf ab, Seltenerdmagnete aufzufangen, bevor sie zerstörenden Prozessen wie dem Zerkleinern unterzogen werden. Durch den Erhalt der Magnetintegrität ermöglicht dieser Ansatz die direkte Wiederverwendung des gewonnenen Pulvers bei der Herstellung neuer Magnete. Dies reduziert Abfall und Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Recyclingmethoden, bei denen Magnete in ihre Rohstoffe zerlegt werden.

Vorteile :

• Materialeffizienz : Maximiert die Wiederverwendung von recycelten Materialien und minimiert so den Abfall.
• Energieeinsparung : Vermeidet energieintensive Schritte wie Schmelzen oder Raffinieren.
• Nachhaltigkeit : Unterstützt die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft durch die Aufrechterhaltung des Materialkreislaufs.

Einschränkungen :

• Begrenzter Umfang : Derzeitiger Fokus auf bestimmte Magnettypen und Anwendungen.
• Markteinführung : Erfordert eine branchenweite Zusammenarbeit zur Produktionssteigerung.

3. Herausforderungen beim Magnetrecycling

Trotz dieser Fortschritte bestehen beim Magnetrecycling weiterhin einige Herausforderungen:

a. Sammlung und Sortierung

Wirksames Recycling beginnt mit der sachgemäßen Sammlung und Sortierung magnethaltiger Produkte. Viele Unterhaltungselektronikgeräte wie Smartphones und Laptops enthalten kleine Magnete, die sich nur schwer entfernen und von anderen Bauteilen trennen lassen. Die Entwicklung effizienter Sammelsysteme und Sortiertechnologien ist daher entscheidend für höhere Recyclingquoten.

b. Entmagnetisierung

Starke Magnete können an Recyclinganlagen haften bleiben und dadurch Schäden oder Betriebsstörungen verursachen. Um dies zu verhindern, ist eine Entmagnetisierung unerlässlich. Herkömmliche Methoden wie Erhitzen oder mechanische Einwirkung sind jedoch energieintensiv oder können die Magnete beschädigen. Innovative Entmagnetisierungstechniken, wie sie beispielsweise in HPMS zum Einsatz kommen, sind daher notwendig, um den Recyclingprozess zu optimieren.

c. Wirtschaftliche Tragfähigkeit

Das Recycling von Magneten muss wirtschaftlich rentabel sein, um eine breite Akzeptanz zu erreichen. Zwar ist der Wert der zurückgewonnenen Seltenen Erden hoch, doch die Kosten für Sammlung, Transport und Verarbeitung können prohibitiv sein. Staatliche Anreize, Subventionen und Marktmechanismen, die nachhaltige Praktiken belohnen, können helfen, diese Lücke zu schließen.

d. Regulierungs- und Politikrahmen

Fehlende klare Vorschriften und Richtlinien für das Magnetrecycling können den Fortschritt behindern. Regierungen und Branchenverbände müssen zusammenarbeiten, um Standards für Recyclingprozesse, Materialqualität und Umweltschutz festzulegen. Internationale Kooperation ist ebenfalls unerlässlich, da Seltene Erden weltweit gehandelt werden.

4. Bewährte Verfahren für das Recycling gebrauchter Magnete

Um das Recyclingpotenzial gebrauchter Magnete zu maximieren, können Privatpersonen, Unternehmen und politische Entscheidungsträger die folgenden bewährten Verfahren anwenden:

a. Ordnungsgemäße Entsorgung von Elektronikschrott

Elektronische Geräte mit Magneten gehören niemals in den Hausmüll. Bringen Sie sie stattdessen zu speziellen Recyclinghöfen für Elektroschrott. Viele Händler und Kommunen bieten Sammelprogramme für Elektroschrott an, sodass Sie Ihre alten Elektronikgeräte einfach und verantwortungsvoll entsorgen können.

b. Unterstützung von Recyclinginitiativen

Beteiligen Sie sich an Recyclinginitiativen, die sich auf Magnete und Seltene Erden konzentrieren, oder unterstützen Sie diese. Das EU-finanzierte Projekt HARMONY entwickelt beispielsweise Verfahren zum Recycling von Permanentmagneten aus verschiedenen Anwendungsbereichen und gewinnt so wertvolle Materialien für die Wiederverwendung zurück. Indem Sie sich an solchen Projekten beteiligen oder von ihnen lernen, können Sie dazu beitragen, die Recyclingtechnologien für Magnete weiterzuentwickeln.

c. Befürworter von nachhaltigem Design

Hersteller sollten dazu angehalten werden, Produkte recyclinggerecht zu gestalten. Dazu gehört die Verwendung standardisierter Magnetgrößen und -formen, die Minimierung des Einsatzes von Klebstoffen oder Beschichtungen, die das Recycling erschweren, sowie die Bereitstellung einer klaren Kennzeichnung, um die Sortierung und Verarbeitung zu erleichtern.

d. In Recyclinginfrastruktur investieren

Regierungen und Unternehmen sollten in eine Recyclinginfrastruktur investieren, die Magnete und Seltenerdelemente effizient verarbeiten kann. Dazu gehört die Entwicklung spezialisierter Anlagen für HPMS, säurefreie Hydrometallurgie und andere Recyclingverfahren sowie die Verbesserung von Sammel- und Sortiersystemen.

e. Aufklärung und Sensibilisierung

Sensibilisieren Sie für die Bedeutung des Magnetrecyclings und die damit verbundenen Herausforderungen. Informieren Sie Verbraucher, Unternehmen und politische Entscheidungsträger über die ökologischen und ökonomischen Vorteile des Magnetrecyclings und ermutigen Sie sie, Maßnahmen zur Unterstützung nachhaltiger Praktiken zu ergreifen.

5. Die Zukunft des Magnetrecyclings

Die Zukunft des Magnetrecyclings sieht vielversprechend aus. Laufende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zielen darauf ab, aktuelle Herausforderungen zu bewältigen und die Effizienz zu steigern. Mit zunehmender Reife von Technologien wie HPMS und säurefreier Hydrometallurgie werden diese zugänglicher und kostengünstiger und ermöglichen so eine breitere Anwendung. Fortschritte in der Materialwissenschaft könnten zudem zur Entwicklung neuer, leichter recycelbarer oder sogar biologisch abbaubarer Magnete führen und damit die Umweltbelastung weiter reduzieren.

Internationale Zusammenarbeit wird auch bei der Förderung des Magnetrecyclings eine entscheidende Rolle spielen. Durch den Austausch von Wissen, Ressourcen und bewährten Verfahren können Länder gemeinsam ein globales Recyclingnetzwerk aufbauen, das die nachhaltige Nutzung von Seltenen Erden und anderen kritischen Rohstoffen gewährleistet.