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Hochleistungsmagnete: Forscher finden Ersatz für Seltenerdmetalle

Tetrataenit, das aus dem Inneren von Meteoriten bekannt ist, ist in einem einfachen Prozess auf der Erde hergestellt worden.

Artikel veröffentlicht am , Wolfgang Kempkens
Generatoren für Windkraftanlagen könnten billiger werden. (Bild: Foto: Thorsten Dahl/Pixabay)

Durch Seltenerdmetalle wie Neodym oder Dysprosium werden Permanentmagnete besonders stark. Sie sind zudem deutlich kleiner als solche, die ohne diese Elemente auskommen. Dadurch können Elektromotoren und Generatoren vor allem in Windenergieanlagen kleiner ausfallen.

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Seltene Erden sind zwar, anders als der Name vermuten lässt, recht häufig vorkommende Elemente. Der Abbau ist allerdings aufwendig, teuer und höchst umweltschädlich. Gewaltige Mengen an Material müssen gefördert werden, um kleine Mengen an seltenen Erden zu gewinnen.

Zudem ist China der mit Abstand wichtigste Produzent. Diese Abhängigkeit könnte ähnlich fatal werden wie die von russischem Erdgas.

Marginale Mengen aus Meteoriten

Tetrataenit könnte ein Ausweg sein. Chemisch gesehen ist es eine Legierung aus Eisen und Nickel im Verhältnis 1:1. Das Besondere daran: Die Atome haben eine wohlgeordnete Struktur. Daher hat das Material starke magnetische Eigenschaften, was auf der Erde aber bislang nicht viel nutzt. Der Werkstoff wurde bisher nur in marginalen Mengen aus Meteoriten extrahiert. Auf der Erde kommt er nicht natürlich vor.

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Tetrataenit bildet sich über Millionen von Jahren, wenn kosmisches Material langsam abkühlt, was den Eisen- und Nickelatomen genügend Zeit gibt, sich in einer kristallinen Struktur zu organisieren, so die wissenschaftliche Theorie. Das führt zu magnetischen Eigenschaften, die denen von Seltenerdmetallen nahekommen.

Einfach geschmolzen und in eine Form gegossen

Forscher aus dem Vereinigten Königreich (University of Cambridge) und Österreich (Montanuniversität Leoben und Österreichische Akademie der Wissenschaften) fanden einen Weg, das begehrte Material einfach, schnell und preiswert herzustellen. "Das Erstaunliche war, dass keine besondere Behandlung erforderlich war", sagte Cambridge-Professorin Lindsay Greer, die die Forschungsarbeit leitete. "Wir haben die Legierung einfach geschmolzen und in eine Form gegossen, und schon hatten wir Tetrataenit."

Ganz so einfach war es dann doch nicht: Die Forscher versetzten die geschmolzene Legierung mit einer Prise Phosphor, einem Element, das auch in kosmischem Material enthalten ist. Es wirkt wie ein Bewegungstrainer und sorgt dafür, dass die Nickel- und Eisenatome so beweglich werden, dass sie sich in kürzester Zeit zu der gewünschten Struktur formieren.

Update:
In einer alten Version dieses Artikels hieß es, Seltenerdmetalle seien selten. Das stimmt nicht, wir haben es korrigiert. Danke an alle Hinweisgeber!