Sällsynta jordartsmetaller – en viktig komponent i den gröna energiomställningen

Aldrig tidigare har det talats så mycket om sällsynta jordartsmetaller som nu. De har blivit en bricka i ett geopolitiskt spel, där det kanske mest aktuella handlar om att det mineralavtal som USA vill att Ukraina undertecknar. Att Kina dominerar när det kommer till sällsynta jordartsmetaller och att vi är beroende av dem för den gröna energiomställningen har de flesta nog förstått, men färre känner till att sällsynta jordartsmetaller är avgörande för den supermagnet, NdFeB eller neodymmagneten, som finns i allt från elbilar och vindturbiner till energilagringssystem.

Supermagneten och dess betydelse

Nora Dempsey, forskare på CNRS i Grenoble, kan allt om supermagneten. "Just nu undersöker vi alternativ till sällsynta jordartsmetaller för att minska beroendet av dem och av Kina. Men i ärlighetens namn tror jag aldrig att vi når den effekt vi har med sällsynta jordartsmetaller med andra typer av material." Det var på 1970-talet som den japanska forskaren Masato Sagawa fick i uppgift att förbättra den mekaniska styrkan hos den då starkaste magneten, samarium-kobolt, SmCo, och att basera dem på järn istället för kobolt, som han upptäckte NdFeB-magneten.

Den magnetiska styrkan och dess påverkan

Den magnetiska styrkan, eller magnetiseringen, kommer främst från järn- eller kobolt-atomerna, medan de sällsynta jordartsmetallernas roll är att förhindra att magneten avmagnetiseras. Ju större magnetiseringen är, desto starkare magnetfält producerar den och desto mindre och lättare kan magneten vara för att utföra en viss uppgift, förklarar Nora Dempsey. "Genom att använda den här magneten i elektriska fordon kan man minska vikten och därmed den energi som fordonet förbrukar. Det är samma sak för exempelvis en vindturbin, man vill att den trots sin storlek ska vara så liten och lätt som möjligt."

Neodymmagneten och energieffektivitet

Neodymmagneter används också för att omvandla energin från ett batteri till motorn. "Och återigen, ju bättre magnet, desto bättre omvandling. Det intressanta är att alla känner till batterier, men de inser inte att utan en bra magnet är ett bra batteri värdelöst. Magneter är liksom osynliga, folk inser inte att de finns överallt." Neodymmagneter spelar en avgörande roll för att öka energieffektiviteten i många tillämpningar, bland annat i elmotorer och generatorer, där de kan ge 5-15 procent högre verkningsgrad. De minskar också friktion och energiförluster, och kan bidra till bättre energilagring och kylning.

Återvinning och framtid

"Det enklaste vore att återanvända magneten som den är, om storlek och form passar den nya tillämpningen. Man kan också krossa dem till ett pulver och tillverka nya. Men utmaningen är att många tillsatser används, och magneter som återvinns från olika källor har olika kemisk sammansättning. Vi måste också vara realistiska och inse att återvinning aldrig kommer att räcka för att möta den växande efterfrågan på dessa magneter." Nora Dempsey betonar att återvinning är en viktig del av att minska beroendet av sällsynta jordartsmetaller, men att det också krävs en kombination av återvinning och alternativa material för att möta den ökande efterfrågan.

Neodymmagneter och energieffektivitet:

• Effektivare elmotorer och generatorer: 5–15 procent högre verkningsgrad, bättre elbilar och vindkraft.
• Mindre friktion och energiförluster: Magnetlager minskar slitage och ökar livslängd.
• Bättre energilagring och kylning: Svänghjul och magnetisk kylning sparar 30–60 procent energi.
• Smartare fordon och transport: Längre räckvidd för elbilar, bränslesnåla hybrider, energisnåla Maglev-tåg.
• Lägre elförbrukning i hushåll: Effektivare vitvaror, smart belysning och internet of things-styrning.