Det haster å gjenvinne sjeldne metaller

Sjeldne jordartsmetaller er viktige ingredienser i grønne energisatsinger som vindmøller og miljøbiler. Men knapphet på metallene uroer EU.

Publisert
Sintefs Ana Maria Martinez har tro på at høytemperatur elektrolyse kan brukes til å gjenvinne sjeldne jordartsmetaller fra skrap. Her har hun åpnet en digel etter et elektrolyseforsøk. (Foto: Thor Nielsen/Sintef)
Sintefs Ana Maria Martinez har tro på at høytemperatur elektrolyse kan brukes til å gjenvinne sjeldne jordartsmetaller fra skrap. Her har hun åpnet en digel etter et elektrolyseforsøk. (Foto: Thor Nielsen/Sintef)

Etterspørselen etter metaller som neodym (Nd) og dysprosium (Dy) har vokst mye raskere enn produksjonen.

Metallene brukes blant annet i generatorer som lager strøm i vindmøller og i elektromotorer som driver el- og hybridbiler. Men de finnes også i hverdagsprodukter som PC og mobiltelefoner.

De sjeldne jordmetallene befinner seg i jordskorpa, men ikke i høye nok konsentrasjoner. Til nå er det derfor ett land som har forsynt hele verden med grunnstoffene, Kina.

Men i de siste årene har landet begynt å begrense sin eksport av disse materialene.

Prognosene viser at det kan bli knapphet på metallene allerede fra neste år av.

Materialet må være rent

Derfor seiler gjenvinning av sjeldne jordartsmetaller fra skrap opp som viktig forskningstema. Sju europeiske forskningsinstitutter, blant dem Sintef, har gått sammen og investert penger i et felles program for å takle utfordringen.

– Tanken er å hente ut verdifulle materialer fra avfallsstrømmer. Utfordringene ligger i at materialet må ha tilstrekkelig renhet for å kunne resirkuleres, og man må være sikker på at det ikke følger med forurensning fra andre uønskede materialer, forteller Odd Løvhaugen på Sintef IKT.

Forskerne legger derfor mye arbeid i å finne fram til hvilke produkter som kan inneholde forurensinger, hvilke metoder som er best til å analysere og måle innholdet av de forurensede materialene, og når slike produkter kan forventes å dukke opp som avfall.

I tillegg vurderer forskerne utvinningsmetoder, teknikker for å resirkulere nanopartikler i behandlingsprosessen, og hvordan man skal analysere materialinnholdet i asken etter forbrenning.

Teknologi fra aluminium- og smelteverksindustrien

To grupper av materialteknologer er med i kappløpet mot å finne gode metoder for analyse og utvinning. Som innfallsvinkel har forskerne valgt teknologi som er kjent fra aluminium- og smelteverksindustrien.

I jakten på kilder for gjenvinning, har flere kastet blikket på permanentmagneter. Dette er det viktigste produktet som inneholder sjeldne jordartsmetaller – målt både etter verdi og volum.

Bildet viser innmaten av et batteri etter behandling med høytemperatur metallurgiske prosesser. Separert ut i midten nederst er en nikkel-og kobberlegering, mens slagget øverst til høyre inneholder sjeldne jordartsmetaller. (Foto: Thor Nielsen/Sintef)
Bildet viser innmaten av et batteri etter behandling med høytemperatur metallurgiske prosesser. Separert ut i midten nederst er en nikkel-og kobberlegering, mens slagget øverst til høyre inneholder sjeldne jordartsmetaller. (Foto: Thor Nielsen/Sintef)

Sintef-forskerne har tro på at elektrolyseteknologien fra aluminiumverkene kan brukes til å gjenvinne magnetlegeringer fra kasserte magneter og skrapmateriale fra magnetprodusentene.

Det vil ta tid før andelen av vrakede miljøbiler er så høy at bilmotorer kan gjenvinnes, derfor skal magnetlegeringer hentes i kapp fra magnetprodusentene.

Men fortsatt er prosessen treg, og mye arbeid gjenstår før det kan slås fast om man kommer helt i mål. Lykkes forskerne, vil de ha en metode som er mye enklere enn alternative prosesser basert på bruk av sterke syrer.

Krever løsninger

Flere problemer må også løses på trinnene foran elektrolyse-prosessen.

Blant annet må innsamlings- og demonteringsløsninger for brukte magneter på plass, og magnetene må demagnetiseres lokalt siden langtransport av intakte permanentmagneter er forbudt.

– Andre utfordringer er å kartlegge metoder som kan påvise og karakterisere nanopartikler i gasser, vann og fast materiale, sier Løvhaugen.

– Og vi må opprette en verktøykasse av metoder for å vurdere oppførselen til nanopartikler i avfallsbehandlingsprosesser.