Electromotoarele sau turbinele eoliene sunt acţionate de magneţi permanenţi puternici. Cei mai puternici se bazează pe pământuri rare, precum neodim şi disprosiu. Pe viitor, o modalitate nouă de producţie realizată de cercetătorii de la Fraunhofer va permite reciclarea rapidă şi rentabilă a acestor materiale esenţiale.
Rotoarele se învârt sub acțiunea vântului și asigură curent electric rețelei. Pentru a asigura funcționarea instalației, pe cât posibil, fără defecțiuni și pentru a obține o producție ridicată de energie, modelele de ultimă generație sunt dotate din ce în ce mai des cu magneți permanenți puternici, cu greutate mare (tone), care înlocuiesc cutia de viteze. Acești magneți dau rezultate bune și la autovehicule: ei permit reducerea dimensiunii și o construcție mai ușoară a numeroase actuatoare electrice de acțio-nare care antrenează (de exemplu) ștergătoarele de parbriz. Actuatoarele electrice sau servomotoarele se regăsesc în mai multe locuri în interiorul unui autovehicul, acolo unde trebuie acționate sau poziționate piese în mod concret, fie pentru geamurile laterale, fie pentru reglarea scaunelor.
Cei mai puternici magneți sunt formați din neodim, fier și bor. Și disprosiul este un element des întâlnit în compoziția acestora. Problemă: deși fierul și borul sunt resurse la îndemână, aprovizionarea cu neodim și disprosiu este critică. Deoarece aceste pământuri rare se obțin doar în condiții dificile și cu un consum foarte mare de energie. Drept urmare, sunt foarte scumpe, comparativ cu celelalte elemente, iar obținerea acestora generează o amprentă ecologică notabilă. În plus, peste 90% din aceste elemente provin din China. Aici se află aproape jumătate din rezervele mondiale.
Transformarea vechiului în nou
De aceea, savanții încearcă să recicleze magneții. Până acum, aceasta însemna extragerea pământurilor rare din magneți. Totuși, acest proces este deosebit de laborios și de scump. Savanții din Grupul de Planificare Fraunhofer pentru Reciclarea Materialelor și Strategii privind Resursele IWKS din Alzenau și Hanau din cadrul Institutului Fraunhofer pentru Cercetări în domeniul Silicaților ISC au adoptat acum o altă abordare. „În loc să încercăm să recuperăm fiecare pământ rar în parte, ne concentrăm pe reciclarea întregului material, înțe-legând prin aceasta întregul magnet – și doar în câteva etape” explică Oliver Diehl, savant în cadrul Grupului IWKS. „Acest proces este mult mai ușor și mai eficient datorită compoziției materialului care este, deja, aproape cum ar trebui să fie.”
Pentru reciclare, savanții se bazează pe procesul de centrifugare a topiturii – o metodă deja încercată și testată pentru alte aliaje, cunoscută și drept „solidificare rapidă”. Numele descrie deja metoda: Cercetătorii lichefiază magnetul într-un creuzet. Materialul lichefiat, încălzit la peste 1000 de grade Celsius, este direcționat printr-o duză pe o roată de cupru răcită cu apă ce se rotește la o viteză de 10-35 de metri pe secundă. Imediat ce picătura topită intră în contact cu cuprul, îi transferă acestuia căldura în fracțiuni de secundă și se solidifică. Savanții denumesc „fulgi” aceste forme ale materialului rezultat. Caracteristica specială este structura din interiorul acestor fulgi. Dacă s-ar permite solidificarea materialului topit pe cale normală, atomii s-ar „alinia în rânduri” într-o rețea cristalină. Însă, prin procedura de centrifugare din topitură, se evită cristalizarea: Fie se formează o structură amorfă, în care atomii se aranjează complet neregulat, fie o structură nano-cristalină, în care atomii se aranjează în granule de un nanometru pentru a forma o structură cristalină. Avantajul: dimensiunea granulei – și anume zonele cu aceeași structură cristalină – se pot modifica cu precizie. Ele se pot folosi pentru a modifica proprietățile magnetului permanent. Într-o etapă ulterioară, cercetătorii macină fulgii într-o pudră, care poate fi apoi prelucrată în continuare. „O presăm într-o formă finală” afirmă Diehl.
Primul magnet reciclat cu succes
Savanții au realizat, deja, o instalație demonstrativă cu care au reușit să recicleze magneți. „Sistemul demonstrativ poate prelucra până la jumătate de kilogram de metal topit și se află undeva între un laborator și o instalație la scară mare”, mai specifică Diehl. În prezent, cercetătorii optimizează proprietățile magneților reciclați prin modificarea procesului de centrifugare din topitură - precum viteza roții de cupru sau temperatura materialului topit în timpul procesului de solidificare rapidă. Ambele influențează viteza de răcire și, drept urmare, structura cristalină a materialului solidificat.
În multe cazuri, este deosebit de greu să îndepărtezi magneții din motoare. Astfel că, savanții dezvoltă modalități potențiale de a crea un ciclu de colectare a motoarelor uzate și un concept mai adecvat pentru demontare: cum ar putea fi altfel concepute motoarele pentru a permite îndepărtarea ulterioară a magneților cu ușurință? O întrebare se referă la costurile implicate, întrebare la care, în prezent, este greu de răspuns: „Avantajul financiar estimat al reciclării magneților depinde nu doar de procesul de reciclare, ci și de evoluția prețului pentru pământurile rare”, declară Diehl. „Cu cât vor fi mai mari prețurile pentru pământurile rare, cu atât mai mult merită să reciclăm materialele deja existente.
