04/07/2022
Door Ad Spijkers
Aan alles komt een einde, ook aan het leven van een robot. Maar sommige componenten zijn te waardevol en zeldzaam voor de schroothoop.
Magneten zijn waardevolle componenten. In en om robots vinden we ze in elektromotoren, sensoren en grijpers. De afgelopen jaren zijn er methoden voor de recycling van magneten ontwikkeld, maar worden nog niet in de praktijk toegepast. Nog altijd worden magneten omgesmolten tot staalschroot. Er zijn goede argumenten waarom dit in de toekomst zou moeten veranderen.
Vooral voor elektromobiliteit
Om een elektromotor te laten werken, zijn magneten nodig. Veelgebruikt zijn neodymium-ijzer-borium (NdFeB) permanente magneten. Het zijn de krachtigste magneten die momenteel op de markt zijn. Ze zijn goed voor ongeveer de helft van de kosten van de motor en bevatten zeldzame aardmetalen. De belangrijkste leverancier van zeldzame aardmetalen is China. Meer dan 90% van de wereldwijde vraag wordt daar ontgonnen – en niet onder de beste milieucondities.
Magneten komen aan het einde van hun levensduur meestal op de schroothoop terecht en worden daar samen met het staalschroot omgesmolten. Onderzoekers aan de Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) in Hanau willen met hun project 'Functionele magneetrecycling voor duurzame e-mobiliteit' (Funmag) aantonen, dat elektromotoren met gerecyclede schrootmagneten hetzelfde kunnen presteren als met originele nieuwe magneten. Hierdoor is het de moeite waard is om tot grootschalige commerciële magneetrecycling te komen.
Testen
Voor de noodzakelijke tests heeft het instituut onder meer een e-bike, een e-scooter en een hoverboard aangeschaft. Van alle nieuwe voertuigen hebben de onderzoekers eerst de motor in detail gekarakteriseerd om relevante parameters te verkrijgen. Hierdoor kunnen ze later de prestaties van de motoren vergelijken met die van gerecyclede magneten.
Oude magneten werden verkregen via bestaande contacten met industriële partners . Deze magneten verschilden aanzienlijk in prestaties, vorm en kwaliteit. Als een schroothandelaar magneten van oude afgedankte motoren scheidt , is dat meestal een kleurrijk boeket van verschillende magneten waarvan niemand de exacte eigenschappen weet. Het doel was om te laten zien dat het recyclingproces ook kan omgaan met ongedefinieerd uitgangsmateriaal.
Van oud naar nieuw
Bij het vervaardigen van een nieuwe magneet wordt het uitgangsmateriaal eerst gesmolten op ongeveer 1400°Cen vervolgens afgeschrikt om metaalvlokken te maken. Deze worden in een waterstofatmosfeer geplaatst, waarin het materiaal valt uiteen in korrels als de waterstof binnendringt. Ze worden verder verkleind met een straalmolen. Het resulterende metallische 'meel' kan in persvormen worden geplaatst en gesinterd. De milieubelastende winning van grondstoffen en het energie-intensieve smelten wordt hierdoor overgeslagen.
Als onderdeel van het recyclingproces kunnen duizenden magneten tegelijkertijd worden verwerkt. Maar het is bijna onmogelijk om te voorkomen dat de magneten tijdens dit proces wat zuurstof opnemen, wat leidt tot een klein kwaliteitsverlies. Dit is tegen te gaan door 10-20% nieuw materiaal toe te voegen of de microstructuur van de magneten verder te bewerken. De prestaties van de recyclemagneten kunnen worden bepaald op het eindproduct of zelfs al in het poederstadium.
Uiteindelijk moet uit deze onderzoeken een portfolio aan eigenschappen worden afgeleid. Dit geeft toekomstige gebruikers aanbevelingen voor acties hoe het recyclingproces zodanig kan worden aangepast dat, afhankelijk van de initiële samenstelling, de gewenste doeleigenschappen voor de magneten worden bereikt.
Nieuwe waardeketen
De onderzoekers zijn bezig met het verder optimaliseren van het verwerkingsproces. Ze verwachten de gerecyclede magneten binnenkort in de elektromotoren kunnen installeren en op het hoverboard op de binnenplaats van het instituut te zoeven.
Als deze stap eenmaal is gezet, zou dit een zichtbaar bewijs zijn van het succes van recycling. Om op lange termijn een waardeketen voor magneetrecycling tot stand te brengen, moet elke speler op de andere kunnen vertrouwen. Funmag laat zien dat het idee werkt en een beslissende bijdrage levert aan de opbouw van de waardeketen. Verder hopen ze dat fabrikanten ervoor zorgen dat de magneten gemakkelijk kunnen worden verwijderd en opnieuw geïnstalleerd tijdens de productie van elektromotoren.
Hetzelfde geldt overigens voor alle elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken, van grasmaaiers tot draadloze schroevendraaiers en mobiele telefoons. Ze bevatten allemaal permanente magneten met zeldzame aardmetalen die de moeite waard zijn om te recyclen.
Foto: PxHere