Die Probleme, die mit seltenen und schwer zu beschaffenden Materialien verbunden sind – wie sie in Motoren, die Elektroautos antreiben, sowie in Batterien verwendet werden – sind ein guter Grund, sich auf Recycling und die Suche nach Alternativen zu konzentrieren.
Die meisten Elektrofahrzeuge haben permanente Magnetsynchronmotoren (PMSMs), bei denen der Rotor permanente Magnete enthält, die von einem aus der Batterie gespeisten rotierenden Magnetfeld angezogen werden.
Magnete aus seltenen Erdelementen (REEs) sind weitaus leistungsstärker als jede andere Art, werfen jedoch Fragen zur wirtschaftlichen Sicherheit auf. (China dominiert den Markt für seltene Erdelemente und verfügt über 70-80% des Angebots.)
Ein 2019 gegründetes Projekt mit dem umfangreichen Titel Nachhaltige Rückgewinnung, Aufbereitung und Wiederverwendung von Selten-Erd-Magneten in einer europäischen Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, den Prozess effektiver zu gestalten.
Neunzehn europäische Partner sind beteiligt, darunter ZF, das recycelte REEs für den Einsatz in neuen Motoren bewertet und Designs entwickelt, die Elektromotoren leichter recycelbar machen.
Diese leistungsstarken Magnete lassen sich nur schwer vom Rotor trennen und zerfallen zu einem magnetisierten Pulver, das an anderen eisenhaltigen Schrott haften bleibt.
Aber eine neue Methode namens Wasserstoffverarbeitung von Magnetschrott (HPMS), die an der Universität Birmingham entwickelt wurde, erzeugt ein nicht-magnetisches, wiederverwendbares Pulver, ohne die Magnete zuerst vom Rotor zu entfernen.
Das reich an seltenen Erden Pulver kann zu neuen Magneten weiterverarbeitet werden, wobei herkömmliche energieintensive Methoden vermieden werden, sodass der Energieverbrauch für die Herstellung von Magneten nur 12% dessen beträgt, was zur Herstellung von ihnen aus Jungfrau-Material benötigt wird.
ZF hat Motoren gebaut und getestet, die mit HPMS hergestellt wurden, und festgestellt, dass die Leistung der Magnete fast identisch mit denen war, die aus frisch abgebauten Materialien hergestellt wurden.
Ein weiterer Weg, um den Bedarf an Jungfrau-REEs zu reduzieren, besteht darin, überhaupt keine Permanentmagnete zu verwenden. Extern oder separat erregte Synchrongeneratoren ersetzen die Permanentmagnete in den Rotoren durch elektromagnetische Wicklungen und werden von Renault seit der Markteinführung des Zoe im Jahr 2012 verwendet.
Die Zufuhr eines elektrischen Stroms von außen in den rotierenden Kern erfolgt über die Verwendung von Bürsten, sodass der Motor nicht wie ein PMSM ‚bürstenlos‘ ist.
Eine Alternative, die die Verwendung von Bürsten vermeidet, ist ZF’s I2SM (In-Rotor-Induktiv-Exzitations-Synchronmotor). Dieser verfügt über einen kleinen elektronischen Generator namens induktiver Erreger, der einzigartig im Rotorwelleninneren anstelle am Ende passt, was den Motor länger macht.