Neodymium en andere zeldzame aardmetalen maken motoren met een hoog vermogen en een hoge koppeldichtheid mogelijk. Gelukkig zijn deze essentiële ingrediënten niet zo zeldzaam als hun namen doen vermoeden. Om in de toekomst aan de steeds groter wordende vraag te voldoen, zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken van nieuwe recyclingmethoden.
Als het om elektrische voertuigen gaat, zal het trefwoord ‘zeldzame aarde’ binnenkort verschijnen. Voor scheikundigen betekent ‘zeldzame aarde’ een van de 17 ‘zeldzame aardmetalen’ in het periodiek systeem, zoals lanthaan, praseodymium, neodymium, terbium, dysprosium en lutetium. Sommigen van hen spelen een belangrijke rol in de motoren en batterijen van elektrische voertuigen. In de magneten van tractiemotoren bevat het bijvoorbeeld naast ijzer ook ongeveer 30 procent zeldzame aardmetalen. De zeldzame aardmetalen zijn hier voornamelijk neodymium, maar ook dysprosium en terbium. Hun voordeel: zelfs magneten met extreem kleine afmetingen kunnen krachtige magnetische velden genereren, wat zeer gunstig is voor elektrische aandrijfsystemen.
"Dankzij de zeldzame aardmetalen in de magneten kunnen synchrone motoren met permanente magneten extreem hoge vermogens- en koppeldichtheden bereiken, waardoor de efficiëntie van het gehele aandrijfsysteem toeneemt." Raphael Piotuch, projectingenieur voor elektromotoren bij Porsche Engineering Dr. Rafal Piotuch (Dr. Rafal Piotuch) legde uit: "Andere magneetmaterialen, zoals ferriet, vereisen niet het gebruik van zeldzame aardmetalen, maar ze zullen leiden tot een gebrek aan gewicht en inbouwruimte in de motor." Sommige elektrische voertuigen gebruiken asynchrone motoren om de synchrone motor met permanente magneet te vervangen. Geen van beide kan echter de hoge vermogensdichtheid en prestaties van motoren bereiken die gebruik maken van zeldzame-aardmetaalmagneten. Om deze reden zullen, vooral in sportwagens, neodymium, dysprosium en terbium waarschijnlijk niet zo snel vervangen worden.
De vraag blijft: zijn zeldzame aardmetalen echt zeldzaam? Nee, ze zijn niet zeldzaam, en sommige zeldzame aardmetalen zijn zelfs nog overvloediger aanwezig op aarde dan lood; in 2021 werd wereldwijd bijna 280.000 ton zeldzame aardoxides geproduceerd. "Het delven van zeldzame aardmetalen is echter zeer arbeidsintensief", legt Matthias Böger uit, projectingenieur gespecialiseerd in elektrische motorcomputers bij Porsche Engineering. "Zeldzame aardmetalen worden in een complex proces uit ertsen gewonnen. De zeldzame aardoxides worden gescheiden van het erts, dat vervolgens wordt omgezet in pure metalen."
Bovendien: de verdeling van de minerale voorraden in de wereld is niet uniform, en een paar landen hebben een groot deel van de minerale voorraden onder controle. De toekomstige marktvraag naar zeldzame aardmetalen kan sterk toenemen. Geschat wordt dat in 2040 de mondiale vraag naar tractiemotoren alleen al twintig keer zo groot zal zijn als in 2018. Bovendien hebben windenergieproducenten deze grondstoffen ook nodig, en de verwachting is dat de vraag op dit gebied in dezelfde periode vier keer zo groot zal worden. Om een stabiel aanbod op de lange termijn te garanderen, wordt momenteel intensief onderzoek gedaan naar recyclingmethoden voor neodymium en andere zeldzame aardmetalen.
informatie over copyright
Het originele artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in nummer 1 2023 van het Porsche Engineering-tijdschrift "Porsche Engineering"
Tekst: Christian Buck
Foto: Oriana Fenwick
Auteursrecht: Op alle afbeeldingen, video's en audiobestanden die in dit artikel worden gepubliceerd, rust auteursrecht. Gehele of gedeeltelijke reproductie is niet toegestaan zonder schriftelijke toestemming van Dr. Ing. hc F. Porsche AG. Neem contact op met newsroom@porsche.com voor meer informatie.
