James McKenzie kijkt naar het werk van het spin-offbedrijf HyProMag van de Universiteit van Birmingham, dat een techniek heeft ontwikkeld voor het recyclen van zeldzame aardmagneten
Ik ging onlangs op een handelsmissie naar Canada, gefinancierd door Innovate UK, waar ik elkaar ontmoette Allan Walton – een materiaalwetenschapper die medeoprichter was van een bedrijf genaamd HyProMag. HyProMag, in 2018 voortgekomen uit de Universiteit van Birmingham, heeft een techniek ontwikkeld voor het recyclen van zeldzame aardmagneten, die veel worden gebruikt in windturbines, motoren van elektrische voertuigen (EV) en andere delen van de ‘groene economie’.
Toen ik was uitgenodigd voor een rondleiding door HyProMag's prototype-recyclingfaciliteit op de campus van Birmingham, zag ik dat de technologie een groot succesverhaal in Groot-Brittannië begon te worden. Dus wanneer Natuurkunde wereld stuurde me een persbericht waarin wordt aangekondigd dat het bedrijf omstreeks 20.00 uur met de commerciële productie zal beginnen Tyseley Energiepark Toen ik medio 2024 in Birmingham woonde, wist ik dat mijn instincten goed gegrond waren.
Zeldzame aardmetalen permanente magneten – zoals ik in mijn column beschreef een paar maanden geleden – zijn legeringen van elementen zoals neodymium, samarium en cerium. Nu de transitie naar een ‘schone energie’-economie in volle gang is, is de vraag naar zeldzame aardmetalen groot. Schattingen suggereren dat de markt tussen 2021 en 2040 met maar liefst een factor zeven zal groeien.
Het probleem is dat zo'n 80 tot 90% van het neodymium in de wereld momenteel wordt gemaakt – of gecontroleerd door – Chinese bedrijven. Dat heeft sommige landen, zoals de VS, daartoe aangezet vernieuwen hun eigen productie van permanente magneten. Maar een andere manier om de aanvoer van zeldzame aardmetalen veilig te stellen, is door materialen te recyclen. Daarom is de aanstaande opstart van de vestiging van HyProMag zo interessant, vooral omdat het proces zo energiezuinig is.
Elementen extraheren
Er zijn veel methoden mogelijk om zeldzame aardmetalen te winnen uit afvalmaterialen of uit producten die het einde van hun levensduur hebben bereikt. Het meeste werk was tot nu toe gericht op het verkrijgen van de afzonderlijke elementen door eerst de magneten op te lossen en vervolgens de zeldzame aardmetalen terug te winnen uit vloeibare afvalstromen die vroeg in het magneetproductieproces opnieuw in de toeleveringsketen terechtkomen.
De groene economie aandrijven: de zoektocht naar magneten zonder zeldzame aardmetalen
Deze aanpak wordt vaak ‘long-loop’-recycling genoemd, omdat alles wordt afgebroken met behulp van verschillende technieken en wordt teruggewonnen als zeldzame aardmetalen. Deze oxiden moeten vervolgens worden omgezet in metalen voordat ze in legeringen worden gegoten en afgebroken tot een fijn legeringspoeder om de magneten te maken. Recycling in een lange kringloop is een belangrijk, maar energie-intensief en duur proces.
De Tyseley-fabriek hanteert een andere aanpak, gebaseerd op de patenten van de Universiteit van Birmingham Waterstofverwerking van magneetschroot (HPMS) techniek. Het gebruikt waterstof als procesgas om magneten te scheiden van afvalstromen als een magneetlegeringspoeder, dat kan worden gecompacteerd “gesinterd” zeldzame aardmetalen magneten. Er is geen warmte nodig, het is een relatief snel proces dat 'korte-lus'-recycling wordt genoemd.
In 259 zijn er maar liefst 2021 miljoen harde schijven verzonden, dus de markt voor gerecyclede magneten is enorm.
Toen ik vorig jaar rondkeek in de prototypelijn van het bedrijf, merkte ik dat deze de harde schijven (HDD's) in computers kan recyclen. Elke schijf kan maar liefst 16 gram magnetisch materiaal bevatten, waarvan ongeveer een kwart uit zeldzame aardmetalen bestaat. Dat is slechts een klein deel van de totale massa van de schijf, maar zoals u zich zult herinneren dat ik erop heb gewezenIn 259 zijn er maar liefst 2021 miljoen HDD’s verscheept, dus de markt is enorm.
De productiemethode van HyProMag omvat een robot met magnetische veldsensoren die eerst de locatie van de motor van de HDD identificeren, die de allerbelangrijkste permanente magneet van zeldzame aardmetalen bevat. Het gedeelte met de motor wordt vervolgens afgehakt, terwijl de rest van de schijf wordt verzonden voor conventionele recycling. Via de HPMS-techniek wordt het motorgedeelte uiteindelijk blootgesteld aan waterstof bij atmosferische druk en kamertemperatuur.
[Ingesloten inhoud]
Verbazingwekkend genoeg vallen de magneten van zeldzame aardmetalen – doorgaans legeringen van neodymium, ijzer en boor (NdFeB) – gewoon uit elkaar en vormen een poeder. ik heb gezien video's van het proces en het is alsof je iets ziet roesten. Cruciaal is dat het poeder wordt gedemagnetiseerd, zodat eventuele coatings op de magneet loskomen van het oppervlak van de magneten en gemakkelijk kunnen worden gescheiden.
Het geëxtraheerde NdFeB-poeder wordt vervolgens gezeefd om onzuiverheden te verwijderen voordat het opnieuw wordt verwerkt tot nieuwe magnetische materialen of legeringen van zeldzame aardmetalen. HyProMag schat dat het proces 15% minder energie vereist dan nodig is om zeldzame aardmagneten uit primaire bronnen te maken, wat indrukwekkend is. Het heeft in zijn proeffabriek al meer dan 3000 nieuwe zeldzame-aardmagneten geproduceerd voor projectpartners en potentiële klanten, waarbij de magneten zijn getest in een breed scala aan toepassingen in de automobiel-, ruimtevaart- en elektronicasector.
Productiebeloften
Maar het bedrijf wil de proeffase voorbij en een volumeleverancier van magneten worden. Daarom is de opschalingsfabriek in Tyseley zo belangrijk. Het bedrijf verwacht dat het in eerste instantie twintig ton zeldzame-aardmagneten en legeringen per jaar zal kunnen verwerken – en uiteindelijk vijf keer zoveel. HyProMag plant ook verdere faciliteiten in Duitsland en de VS.
De technologie is veelbelovend omdat zoveel producten magneten van zeldzame aardmetalen bevatten, maar als ze worden afgedankt, worden de magneten versnipperd en vallen ze uit elkaar. Het resulterende poeder blijft magnetisch en blijft plakken aan het ijzerhoudende schroot en de fabrieksonderdelen, maar minder dan 1% van de magneten wordt gerecycled. HyProMag kan dit materiaal echter efficiënt verwijderen voordat het wordt versnipperd en heeft al een breed scala aan economisch haalbare schrootbronnen in het vizier.
“Het is moeilijk om grootschalige recycling van zeldzame aardmagneten van de grond te zien komen zonder een efficiënt scheidingsproces zoals HPMS”, zegt Walton. “Met de huidige pilotlijn kunnen we tot twee ton schroottoepassingen in één keer verwerken, waarbij de commerciële fabriek wordt geschaald om veel grotere batchgroottes mogelijk te maken.” Het laden en het verwijderen van poeder kan volgens het bedrijf in slechts vier uur worden gedaan.
Naarmate de vraag naar zeldzame aardmetalen toeneemt en ook de hoeveelheid tweedehands magnetisch materiaal toeneemt, wordt het recyclen van dergelijke magneten een steeds grotere kans en een steeds haalbaarder proces. Kijk maar naar de groei van de EV-sector: een typische elektromotor heeft 2 tot 5 kg magnetisch materiaal en volgens marktonderzoeksbureau zal de wereldwijde verkoop van EV’s tegen 65 naar verwachting stijgen tot 2030 miljoen per jaar. IHS Markit.
[Ingesloten inhoud]
Een andere grote bron van zeldzame aardmetalen zijn windturbines, waarvan er vele na tientallen jaren gebruik het einde van hun levensduur bereiken. Hun generatoren bevatten tot 650 kg zeldzame aardmetalen per megawatt generatorcapaciteit. Gegeven het feit dat Groot-Brittannië tegen 75 tot 2050 GW aan offshore windvermogen wil beschikken, zal het land de komende jaren over bijna 50,000 ton zeldzame-aardmagneten beschikken, aldus de Britse krant The Guardian. Martyn Cherrington van Innovate UK, die het beheert Toeleveringsketen voor circulaire kritische materialen (KLIMAAT) programma.
Dergelijke langetermijnmogelijkheden hebben vaak overheidssteun nodig – en het recyclen van permanente magneten van zeldzame aardmetalen vormde hierop geen uitzondering. Het fundamentele onderzoek achter het werk van HyProMag begon vele jaren voordat het werd afgesplitst. Het bedrijf heeft ook geprofiteerd van financiële steun uit verschillende bronnen, waaronder UK Research and Innovation Het aandrijven van de elektrische revolutie programma, de Europese Unie en particuliere investeerders.
In 2023 HyProMag Ltd was gekocht van de Canadese firma Maginito, wat onderdeel is van Mkango-bronnen – een bedrijf voor de exploratie en ontwikkeling van mineralen, genoteerd aan de Britse en Canadese beurzen. Mkango zag duidelijk het potentieel van de recycling- en magneetproductietechnologie van HyProMag. Het is een geweldig Brits succesverhaal, dat op de lange termijn een enorm mondiaal potentieel voor de circulaire economie zou kunnen hebben.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/
