Wertschöpfungskette der Seltenen Erden

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Til Lorenz
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1 Wertschöpfungskette der Seltenen Erden Dr. Matthias Buchert Universitätstag Moderne Rohstoffe Raubbau oder Nachhaltigkeit? Chancen und Risiken für unsere Gesellschaft TU Darmstadt, 12. Mai 2014

2 Agenda Überblick Seltene Erden Anwendungsfeld Magnete Empfehlungen des Öko-Instituts Wichtige Quellen 2

3 Die Seltenen Erden im Periodensystem Seltene Erden Quelle: Schüler et al. 2011, Study on Rare Earths and Their Recycling 3

4 Die weltweite Produktion Die aktuelle Welt-Produktion beträgt ~ t REO. Das ist eine relativ geringe Primärproduktion im Vergleich zu anderen Metallen (z.b. 18 Mio. t Kupfer). Produktion Dennoch sind sie bedeutsam, da sie oft in geringen Konzentrationen eingesetzt werden und in vielen Anwendungen genutzt werden! Welt-Primärproduktion in 2013 (Quelle: USGS 2014) Country T REO Share China % United States ,6% Indien ,6% Russland ,2% Australien ,8% Vietnam 220 0,2% Brasilien 140 0,1% Malaysia 100 0,1% Welt total

Produktion Dennoch sind sie bedeutsam, da sie oft in geringen Konzentrationen eingesetzt werden und in vielen Anwendungen genutzt werden!

5 Seltene Erden-Reserven nach Ländern other countries (41 Mio t REO) 30% Reserven Australien (2 Mio t REO) 2% China (55 Mio t REO) 40% Indien (3 Mio t REO) 2% United States (13 Mio t REO) 10% Brasilien (22 Mio t REO) 16% Quelle: USGS Mineral Commodity Summaries,

Indien (3 Mio t REO) 2% United States (13 Mio t REO) 10% Brasilien

6 Umweltrisiken des REE-Mining ohne Environmental Protection Systems Umweltrisiken Einträge ins Grundwasser (ortsspezifisch; z.b. Schwermetalle, Sulfide, Thorium) Niederschlag Halde (Neben- Landnutzung gestein) Risiko Dammversagen durch Baufehler Überflutung Erdbeben Niederschlag Einträge ins Grundwasser (ortsspezifisch, z.b. Schwermetalle, Arsen, Fluoride, Sulfide, Thorium, Uran) Staub (ortsspezifisch, z.b. mit Schwermetallen, Thorium, Uran) Flotationsberge in Landnutzung Luft- Ab- Absinkweihern emission wasser Mine Landnutzung (<1-10% REO) Erze geringer Konzentration Flotation Chemikalien (~30-70% REO) Konzentrate Zerkleinerung Weiterverarbeitung Quelle: Schüler et al. 2011, Study on Rare Earths and Their Recycling 6

7 Anwendungsgebiete der Seltenen Erden - Energiesparlampen - LED - LCD - Plasma-Bildschirm - Laser - Wasseraufbereitung - Pigmente - Düngemittel - Nuklear-Technologie - Verteidigung - Auto-Katalysatoren - Katalysatoren in Raffinerieund chemischen Prozessen - Diesel-Zusatz Ce La Pr Nd Y Ce La Eu Tb Y Gd Phosphor, Lumineszenz Andere Katalysatoren Anwendung Nd Magnete Pr Sm La Tb Dy - Motoren und Generatoren Windräder Elektrofahrzeuge Hybrid-Fahrzeuge - Festplatten - Kernspintomograph - Lautsprecher - Magnetische Kühlung Metall-Legierung / Batterien Glas, Polierung, Keramik Catalysts Glass, Polishing, Polishing, Ceramics Metal alloys, alloys, battey Magnets Phosphors, Luminescence Others La Ce Pr Nd Sm Sc Ce La Y Pr Nd - Poliermittel - Glasadditive zu Färbung/ Entfärbung - Legierungen für Stahl und Eisenguss - Stabilisator in Keramik - Super-Legierung - Keramik-Kondensatoren - Zündgeräte - UV-Adsorption - NiMH-Batterie - Brennstoffzelle - H 2 -Speicherung - Leichtbau Quelle: Schüler et al. 2011, Study on Rare Earths and Their Recycling (Applications (REO in t)) 7

- Motoren und Generatoren Windräder Elektrofahrzeuge Hybrid-Fahrzeuge - Festplatten - Kernspintomograph - Lautsprecher - Magnetische Kühlung Metall-Legierung / Batterien Glas, Polierung, Keramik

8 Wertschöpfungskette der Magnetproduktion Magnetproduktion Quelle: Schüler et al. 2011, Study on Rare Earths and Their Recycling 8

9 Anwendungen von NdFeB-Magneten NdFeB-Magnete werden für viele wichtige Anwendungen eingesetzt, Beispiele sind: Elektromotoren (Hybrid- und vollelektrische Fahrzeuge) Windkraftanlagen (getriebelose Anlagen) Moderne Aufzugsanlagen NdFeB- Magnete Effiziente Heizungspumpen Lautsprecher Klimaanlagen Waschmaschinen Computer (Festplattenlaufwerke) Hebewerkzeuge und Metallseparierung Industriemotoren etc. 9

(getriebelose Anlagen) Moderne Aufzugsanlagen NdFeB- Magnete Effiziente Heizungspumpen Lautsprecher

10 Anwendungen von NdFeB-Magneten in der Industrie Permanentmagnete sind weit verbreitet in der Industrie (Einsatz von E-Motoren unterschiedlichster Größe in diversen Branchen, Magnete als Hebewerkzeuge sowie in Sortieranlagen der Metallrecyclingwirtschaft etc.) Permanentmagnete in industriellen Anwendungen sind deutlich größer als z.b. in Notebooks. NdFeB- Magnete Bessere Recyclingmöglichkeit Chance für Business-to-business-Kontakte vergleichbar zu Industriekatalysatoren (Edelmetalle) Permanentmagnete in industriellen Anwendungen enthalten in der Regel einen höheren Anteil am wertvollen Dysprosium. Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

NdFeB- Magnete Bessere Recyclingmöglichkeit Chance für Business-to-business-Kontakte vergleichbar zu Industriekatalysatoren (Edelmetalle) Permanentmagnete in industriellen Anwendungen enthalten

11 Studie des Öko-Instituts zu Industrieanwendungen von NdFeB-Magneten Untersuchung Bottom-up-Analyse über Befragung von Unternehmen mittels Fragebogen (Unterstützung durch LVI/ ZVEI/BDSV) Top-Down-Analyse über Produktionsstatistiken Analyse Erkenntnisse Anwender in der Industrie wissen meist wenig über die technischen Details ihrer Anlagen / Motoren Synchrone Servomotoren als wichtigste Anwendung von Permanentmagneten werden nicht in offiziellen Statistiken (z. B. Eurostat) erfasst. Interviews mit Motorenherstellern Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

Motoren Synchrone Servomotoren als wichtigste Anwendung von Permanentmagneten werden nicht in offiziellen Statistiken (z. B. Eurostat) erfasst.

12 Synchrone Servomotoren Produktion Produktion in der EU: 1,5 2 Millionen, davon 50% in Deutschland Servomotoren ca. 50 % der Motoren aus D werden exportiert (als Motoren oder in Maschinen/Anlagen) Magnete Quelle: SEW, Wikimedia Commons, Lizenz: CC-BY-SA-3.0, Typisches Magnetgewicht pro Motor: 0,05 0,2 kg Magnet Magnetgewicht kann in Motoren für Industrieanwendungen aber auch mehrere kg betragen. Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

13 Anzahl Servomotoren pro Jahr Synchrone Servomotoren: Entwicklung Produktion synchroner Servomotoren in Deutschland Servomotoren Jahr Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

14 Permanentmagnete [t] Entwicklung des Stocks an NdFeB-Magneten 1400 Stock an NdFeB-Permanentmagneten in der Industrie in Deutschland Stock Jahr davon ca. 20% in Baden-Württemberg Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

Deutschland 1200 1000 Stock 800 600 400 200 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Jahr davon ca.

15 Minimum Motoreneffizienz [%] Treiber Energieeffizienzstandards EU IE-Klassen IE1 IE2 IE3 IE Motorenleistung [kw] Die Verschärfung der Energieeffizienzstandards für Elektromotoren in der EU stärkt die Tendenz zu energiesparenden Servomotoren mit NdFeB-Magneten. Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

[kw] Die Verschärfung der Energieeffizienzstandards für Elektromotoren in der EU stärkt die Tendenz zu energiesparenden

16 Magnetmengen (t/jahr] Potenziell verfügbare Mengen pro Jahr an NdFeB-Magneten 120 Potenziell verfügbare Magnetmengen (aus ausgemusterten Motoren in Deutschland) Mengenpotenziale Jahr Aber: Ausgemusterte Motoren bzw. Maschinen / Anlagen werden heute vielfach ins Ausland weiterverkauft. Quelle: Buchert et al, Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, gefördert vom Ministerium für Umwelt BaWü,

in Deutschland) 100 80 Mengenpotenziale 60 40 20 0 2010 2015 2020 2025 2030 Jahr Aber: Ausgemusterte Motoren bzw.

17 Empfehlung des Öko-Instituts zur Entwicklung einer Europäischen Recycling Strategie für REE (2011) Europ. Strategie Quelle: Schüler et al. 2011, Study on Rare Earths and Their Recycling 17

18 Projektbeispiel MORE für Seltene Erden-Recycling Projektziel: Entwicklung von Lösungen zur Wiederverwendung bzw. zum Recycling von NdFeB-Magneten aus dem Bereich Elektromobilität Projektpartner: Siemens (Leitung), Daimler, Umicore, Vacuumschmelze, Fraunhofer ISI, TU Clausthal, TU Erlangen (FAPS), Öko-Institut (verantwortlich für Ökobilanz) MORE Forschungsthemen: technische Lösungen zur Zerlegung von Elektromotoren und zum werkstofflichen (Legierung-zur-Legierung) sowie zum rohstofflichen (chemische Isolierung reiner Seltene Erden-Verbindungen) Recycling Untersuchung der ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile gegenüber der Primärproduktionsroute Szenarien zur Abschätzung des mittel- und langfristigen Recyclingpotentials 18

(FAPS), Öko-Institut (verantwortlich für Ökobilanz) MORE Forschungsthemen: technische Lösungen zur Zerlegung von Elektromotoren und zum werkstofflichen (Legierung-zur-Legierung) sowie

19 Perspektiven für Seltene Erden-Recycling Kurzfristig Projektabschluss und Auswertung der Ergebnisse von MORE Auswertung der industriellen Recyclingerfahrungen bei Leuchtstoffen (Solvay in F) sowie NiMH-Batterien (Umicore/Solvay in B und F) Perspektiven Umsetzung der Empfehlungen des ERECON Netzwerkes (Europäisches Kompetenznetzwerk Seltene Erden, unter Leitung DG Enterprise & Industry) Mittelfristig / langfristig Aufbau einer europäischen Recyclingwirtschaft für Seltene Erden, d.h. Errichtung und Inbetriebnahme weiterer Recyclinganlagen für z.b. NdFeB-Magnete Unterstützung durch europäische Politik bezüglich Kennzeichnung, Sammlung, optimale Zerlegung 19

Kompetenznetzwerk Seltene Erden, unter Leitung DG Enterprise & Industry) Mittelfristig / langfristig Aufbau einer europäischen Recyclingwirtschaft für Seltene Erden,

20 Wichtige Quellen Arbeiten Öko-Institut zu Seltenen Erden Schüler et al 2011: Study on Rare Earth and Their Recycling; Auftraggeber: The Greens / EFA Group in the European Parliament ( Quellen Buchert et al 2014: Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, (Veröffentlichung in Kürze) Förderung durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg MORE (Recycling von Elektromotoren), 8 Partner inkl. Öko-Institut, Leitung durch Siemens; Projektabschluss August 2014 Förderung durch das BMBF Wichtige europäische Netzwerke zu Seltenen Erden unter Mitarbeit des Öko-Instituts ERECON ( EREAN ( 20

html) Quellen Buchert et al 2014: Untersuchung zu Seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, (Veröffentlichung in Kürze) Förderung durch das Ministerium für

21 Dr. Matthias Buchert Bereich Infrastruktur & Unternehmen Öko-Institut e.v. Büro Darmstadt Rheinstraße Darmstadt

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