Elektroautos sind eine emissionsärmere Alternative zu herkömmlichen Verbrennern. Nichtsdestotrotz beinhalten einige ihrer Bauteile seltene Erden. Forscher*innen prognostizieren einen globalen Anstieg in der Nachfrage dieser Werkstoffe. Da die Produktion dieser wahrscheinlich nicht nachkommen kann, arbeitet man an notwendigen Alternativen.
Permanentmagnete als wichtiger Bestandteil von Elektroautos
In modernen Motoren wie auch derer von Elektroautos befinden sich sogenannte Permanentmagnete. Ihr Name rührt daher, dass sie in der Lage sind ohne elektrische Ladung ein Magnetfeld aufrechtzuerhalten. Wesentlich schwächere Versionen hast du womöglich am Kühlschrank hängen. Bei ihrem Einsatz in Elektroautos dienen sie dazu die Motoren zum Drehen zu bringen, sobald ein elektrisches Feld angelegt wird.
Für die Herstellung solcher Permanentmagnete in Elektroautos und anderer Hochleistungs-Technologie wie Windrädern benötigt man die Seltenen Erden Neodym und Dysprosium. In Wirtschaft und Forschung prognostiziert man einen gewaltigen Anstieg in der Nachfrage mit zugleich unüberwindbaren Herausforderungen in der Produktion. Kurzum: Schon in wenigen Jahren könnte wie bei den Halbleitern eine globale Knappheit anstehen.
Drohende Knappheit in der Produktion
Prognosen zeigen, dass sich das Angebot von Neodym und Dysprosium binnen der kommenden 26 Jahre versiebenfachen muss. Und das gilt laut dem renommierten Klimaforscher Seaver Wang nur für die Produktion im Bereich Windkraftanlagen. In puncto Elektroautos kann die Lage noch schneller einen kritischen Schwellenwert erreichen. Eine Hochrechnung der International Energy Agency (IEA) ergab, dass die Nachfrage jener Seltenen Erden bis 2024 um das 15-fache steigen würde.
Produktionsseitig liegt das Problem nicht im globalen Vorkommen dieser Seltenen Erden –diese sind nämlich gar nicht so selten. Herausfordernd ist eher der Abbau. An den entsprechenden Standorten ist das Vorkommen stets sehr gering. Die Erschließung neuer Standorte ist jedoch zeitaufwendig. Während sich die globale Nachfrage bis 2035 also verdreifachen würde, kann die Produktion lediglich verdoppelt werden, so das Materialforschungsunternehmen Adamas Intelligence.
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Alternative mithilfe von Eisennitrid
Entsprechend muss eine Alternative her, um den steigenden Bedarf zu decken. An dieser Stelle kommt das Startup Niron Magnetics ins Spiel. Hier hat man es sich zur Aufgabe gemacht die Permanentmagnete für Elektroautos und andere Technologien aus Eisennitrid herzustellen. Das hat gleich mehrere Vorteile.
Eisennitrid ist in der Lage Eisen in einer besonderen Struktur anzuordnen. Elektronen werden neu angeordnet und diese Anordnung kann auch aufrechterhalten werden. Das alles gelingt gänzlich ohne den Einsatz von Neodym und Dysprosium. Das Problem wird also erfolgreich umgangen.
Doch um daraus einen Permanentmagneten zu machen, sind noch weitere Schritte vonnöten. „Wenn man den Stickstoff dazu bringen könnte, das Eisen auf die richtige Weise zu verteilen, sollte man möglicherweise in der Lage sein, einen wirklich, wirklich guten Permanentmagneten zu bekommen“, zitiert MIT Technology Review Matthew Kramer, leitender Wissenschaftler am Ames National Laboratory.
Knifflige Lösungen für ein drängendes Problem
Allerdings ist das leichter gesagt als getan. Die Materialien lassen sich nur schwerlich in großen Mengen herstellen. Bisherige Ansätze sorgen dafür, dass das Material seine magnetischen Eigenschaften nicht aufrechterhalten könne. Hintergrund ist, dass sich Eisennitrid bei hohen Temperaturen zersetzt. Entsprechend mussten die Forschenden bei Niron Magnetics eine neue Methode entwickeln, um die Magneten herzustellen.
Ein vielversprechender Ansatz ist die Diffusion von Stickstoff durch Eisenoxid (Rost ist eine Art Eisenoxid) unter ganz bestimmten Bedingungen. Das Startup erhielt Investitionen in Millionenhöhe, um diesen Ansatz weiter zu erkunden. Und diese Arbeit ist auch von großer Bedeutung, nicht nur in Bezug auf die Herstellung von Elektroautos. „Mehr Magnete und eine erhöhte Magnetversorgung sind entscheidend für die Energiewende“, sagt Gregg Cremer , Berater bei amerikanischen Energiebehörde, „Ohne mehr Magnete werden wir unsere Ziele einfach nicht erreichen können.“
Quelle: MIT Technologie Review, Adamas Intelligence, IEA
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