Nissan oraz Uniwersytet w Wasedzie ogłosiły rozpoczęcie w Japonii testów wspólnie opracowanego procesu recyklingu, który pozwala na wydajne odzyskiwanie związków metali ziem rzadkich z magnesów stosowanych w magnesach silników zelektryfikowanych samochodów. Celem badań jest doprowadzenie do praktycznego wdrożenia nowego procesu najpóźniej w połowie lat 20 XXI w. Testy wykazały, że proces pirometalurgiczny  pozwala na odzyskanie z silników nawet 98% pierwiastków.

Zmniejszyć wykorzystanie metali

Branża motoryzacyjna promuje elektryfikację pojazdów w celu zmierzenia się ze zmianami klimatu i osiągnięcia neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla. Większość silników w zelektryfikowanych samochodach wykorzystuje magnesy neodymowe, które zawierają trudno dostępne metale ziem rzadkich, takie jak neodym czy dysproz. Zmniejszenie wykorzystania tych metali jest ważne nie tylko ze względu na ograniczenie szkodliwych dla środowiska procesów stosowanych w górnictwie i rafinacji, ale również na brak równowagi między podażą a popytem, który prowadzi do fluktuacji cen zarówno dla producentów, jak i konsumentów.

Wyższy współczynnik recyklingu

Aby dobrze wykorzystać te rzadkie i cenne surowce w bardziej wydajny sposób, od 2010 roku Nissan już w fazie projektowej stara się ograniczyć zawartość ciężkich pierwiastków ziem rzadkich (ang. REE) w magnesach wykorzystywanych w jednostkach napędowych. Co więcej, Nissan ponownie przetwarza te pierwiastki usuwając magnesy z silników, które nie spełniają standardów produkcyjnych i nie mogą być ponownie instalowane w pojazdach, a następnie zwraca magnesy ich dostawcom. Aktualnie proces ten składa się z kilku etapów, w tym ręcznego demontażu i usuwania komponentów. Dlatego też stworzenie prostszego i bardziej ekonomicznego procesu jest istotne dla osiągnięcia wyższego współczynnika recyklingu w przyszłości.

Od 2017 roku Nissan współpracuje z Uniwersytetem w Wasedzie, który ma bogate doświadczenie w badaniu recyklingu i wytapianiu metali nieżelaznych. W marcu 2020 roku udało się w ramach współpracy opracować proces pirometalurgiczny niewymagający demontażu silnika.

Etapy procesu pirometalurgicznego

1. Materiał do nawęglania i surówka hutnicza są dodawane do silnika, który potem jest podgrzewany do temperatury co najmniej 1400 stopni Celsjusza i zaczyna się topić.
2. W celu oksydacji pierwiastków ziem rzadkich do stopionej mieszanki dodawany jest tlenek żelaza.
3. Do mieszanki dodawana jest niewielka ilość topnika na bazie boranu, który jest w stanie rozpuszczać tlenki pierwiastków ziem rzadkich w niskich temperaturach i ma wysoką skuteczność w ich odzyskiwaniu.
4. Stopiona mieszanka dzieli się na dwie warstwy płynne – jedna z nich to stopiona warstwa tlenków (żużel), która zawiera pierwiastki ziem rzadkich unoszące się na górze, a druga warstwa to stop żelaza i węgla (Fe-C) o większej gęstości, który opada na dno.
5. Pierwiastki ziem rzadkich są odzyskiwane z żużlu.

Testy wykazały, że proces ten pozwala na odzyskanie z silników nawet 98% pierwiastków ziem rzadkich. Przekłada się to także na oszczędność czasu o około 50% w porównaniu do obecnie stosowanej metody, ponieważ nie ma potrzeby rozmagnesowywania, usuwania ani demontażu magnesów.

W przyszłości Uniwersytet w Wasedzie i Nissan będą kontynuować testy na dużą skalę w centrach badawczych w celu praktycznego wdrożenia, a Nissan będzie nadal gromadził silniki ze zelektryfikowanych samochodów, aby jeszcze lepiej rozwinąć swój system recyklingu.

Źródło: na podstawie Nissan