FH St.Pölten: Mehr Effizienz bei Hochleistungsmagneten durch Simulation
Hochleistungsmagneten sind die wichtigsten Bauteile für Zukunftstechnologien: Man findet sie sowohl in Hybrid- und Elektroautos, als auch in jeder Windkraftturbine. Für ihre Herstellung bracht man so genannte „Seltene Erden“. Wie der Name schon sagt, kommen diese Elemente allerdings nur in geringen Mengen und zumeist auch noch an entlegenen Orten vor. Deshalb hat sich ein ForscherInnenteam an der FH St. Pölten diesem Thema verschrieben: In einer Computersimulation konnte gezeigt werden, wie man den Gebrauch von Seltenen Erden optimiert und so ressourcensparende Magneten herstellen kann. Die Präsentation der Ergebnisse erfolgt am Dienstag bei der Jahrestagung der US-amerikanischen "Minerals, Metals and Materials Society" in San Diego (Kalifornien).
Verwendung in modernen Antrieben
Im Rahmen des „Vienna Computational Materials Laboratory“, das vom Wissenschaftsfonds FWF gesponsert wird, untersuchte die Forschungsgruppe an der FH St. Pölten dafür die Struktur von Neodym-Eisen-Bor-Magneten. "In jeder größeren Windkraft-Turbine steckt ein zwei Tonnen schwerer Neodym-Magnet", erklärte der Leiter des FH-Studiengangs "Industrial Simulations", Thomas Schrefl, im Gespräch mit der APA. Aber auch moderne Hybrid-, bzw. Elektroantriebe in Autos benötigen solche Magnete. Der Bedarf steigt also stetig.
Die Neodym-Eisen-Bor-Magneten brauchen aber auch deshalb so viel Seltene Erden, weil ihre volle Leistung nur durch die Beimischung von Dysprosium – einer besonders raren Seltenen Erde- erreicht wird. Dysprosium kommt aber oft in Verbindung mit radioaktiven Elementen vor – was den Abbau und die Reinigung extrem erschwert. Zudem hat der Welthauptexporteur von Seltenen Erden, China (von dort stammen 95% der Seltenen Erden), letztes Jahr seine Exporte eingeschränkt.
Die Forschungsgruppe an der FH St. Pölten konnte in ihrer Simulation nun berechnen, dass Störungen der Kristallstruktur zur Schwächung der Leistung von Neodym-Magneten führen. Diese Störungen treten besonders an den Grenzflächen zwischen einzelnen Körnchen auf – insbesondere, wenn drei verschiedene Körnchen an einander grenzen. Diese „Triplejunctions“ genannten Konstellationen bilden einen nichtmagnetischen Einschluss und stören das Kristallgitter. An diesen Stellen ist das Magnetfeld dann geschwächt.
Die Wissenschafter simulierten nun, wie man dieses Problem umgehen kann: "Einerseits kann man die Korngröße der Materialien reduzieren, andererseits andere Materialien wie Kupfer zulegieren und damit die Korngrenzphasen verändern", so Schrefl. Der Bedarf an Dysprosuim würde dadurch in jedem Fall verringert.
Das „Vienna Computational Materials Laboratory“
Der Spezialforschungsbereich „Vienna Computational Materials Laboratory“ umfasst mehr als 50 heimische ForscherInnen in zwölf Projektgruppen, welche die Eigenshcaften von Materialien Beschreiben und simulieren.
(Quelle: APA/red)