Supermagnete ohne Seltene Erden #
Forscher haben einen Weg gefunden, fragwürdige Materialien zu ersetzen.#
Von der Wiener Zeitung (30. November 2022) freundlicherweise zur Verfügung gestellt
Elektroautos oder Windturbinen könnten künftig mit Hochleistungsmagneten versorgt werden, die ohne Seltene Erden hergestellt werden. Materialforscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der britischen Cambridge Universität haben einen Weg gefunden, das bisher nur aus Meteoriten bekannte Mineral Tetrataenit im Labor zu realisieren. Dadurch ließen sich Umweltzerstörung und Ressourcenabhängigkeit reduzieren, heißt es in einer Aussendung der ÖAW.
Nach Alternativen wird schon lange gesucht, denn einerseits ist der Abbau der nötigen Erze mit enormem Aufwand und großen Umweltbelastungen verbunden. Es muss eine riesige Menge an Material abgebaut werden, um kleine Mengen Seltener Erden zu erhalten. Andererseits ist ihre aufwendige Förderung fest in chinesischer Hand - neun von zehn Permanentmagneten kommen derzeit aus China.
17 chemische Elemente zählen zur Gruppe der Seltenen Erden. Auch für Hightech-Produkte wie Handys sind sie unverzichtbar. Für deren Produktion sind derzeit Neodym und andere Elemente konkurrenzlos.
Tetrataenit könnte eine Alternative sein. Es ist ein aus Eisen und Nickel bestehendes Mineral mit spezieller, tetragonaler Struktur, das erstmals in Eisenmeteoriten nachgewiesen wurde. Seine Struktur entsteht normalerweise nur, wen ein Eisen-Nickel-Gemisch nach seiner Entstehung extrem langsam abkühlt. Nämlich mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,01 Grad Celsius pro Jahr, erklärt Baran Sarac vom Erich-Schmid-Institut für Materialwissenschaft in Leoben. Phosphor beschleunigt
Den Forschern ist es gelungen, Tetrataenit durch die Zugabe von kleinen Mengen an Phosphor und Kohlenstoff zu einer Schmelze aus Eisen und Nickel im Labor zu erzeugen. "Wir konnten die Entstehung des Materials im Vergleich zum Prozess, der in Meteoriten abläuft, um 11 bis 15 Größenordnungen beschleunigen. In einem Vakuum haben wir ein bis drei Millimeter lange Zylinder gegossen, die in wenigen Millisekunden auskühlen", skizziert Sarac. Durch das Phosphor können sich die Eisen- und Nickelatome schneller bewegen und so die notwendige Kristallstruktur in dieser kurzen Zeit bilden. Das Besondere an Tetrataenit sind seine strukturbedingten magnetischen Eigenschaften. Das Mineral ist ein starker Permanentmagnet, dessen Energieprodukt ähnliche Werte erreicht wie Legierungen mit Seltenen Erden.
Die Wissenschafter hoffen, dass der einfache Herstellungsprozess es ermöglicht, in relativ kurzer Zeit eine Produktion im industriellen Maßstab zu erreichen. Sie haben die neue Methode zum Patent angemeldet und Kontakt mit Start-ups und großen Unternehmen aufgenommen, die Interesse an der Methode haben. Ihre Arbeit haben die Wissenschafter im Fachblatt "Advanced Science" veröffentlicht.