Vecchi magneti, nuovi trucchi: l'impegno dell'Europa per ridurre la dipendenza dalle terre rare / Old magnets, new tricks: Europe’s push to cut reliance on rare earths
Vecchi magneti, nuovi trucchi: l'impegno dell'Europa per ridurre la dipendenza dalle terre rare / Old magnets, new tricks: Europe’s push to cut reliance on rare earths
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I magneti permanenti sono un componente chiave della maggior parte dei motori di trazione delle auto elettriche, che fanno girare le ruote, e di molti generatori per turbine eoliche. L'energia pulita e le tecnologie pulite dipendono sempre più da essi. Tuttavia, l'Europa è vulnerabile alle interruzioni nella loro catena di approvvigionamento.
"Sono praticamente indispensabili per la transizione energetica", ha affermato Alexandre Damiens, esperto di magneti e terre rare presso l'azienda energetica francese Orano. I magneti in terre rare sono eccezionalmente potenti, consentendo la realizzazione di motori più piccoli, leggeri ed efficienti.
La loro produzione dipende dagli elementi delle terre rare, in particolare dal neodimio. Secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia, la Cina estrae il 60% delle terre rare mondiali utilizzate nei magneti, ne raffina il 91% e produce il 94% dei magneti permanenti. Questa concentrazione espone i produttori ad interruzioni di approvvigionamento e restrizioni commerciali.
I ricercatori europei stanno perseguendo due strade per ridurre tale vulnerabilità: recuperare materiali preziosi dai magneti già in circolazione e sviluppare alternative in grado di svolgere la stessa funzione senza l'utilizzo di terre rare.
Questa ricerca di soluzioni alternative si inserisce anche nel più ampio impegno europeo verso i materiali avanzati, ovvero materiali ingegnerizzati progettati per offrire prestazioni migliori nelle tecnologie strategiche.
Dare nuova vita ai vecchi magneti
Damiens è a capo di MAGELLAN, un'iniziativa di ricerca finanziata dall'UE che coinvolge 14 partner in otto paesi europei e che si propone di ripensare il ciclo di vita dei magneti, dalla progettazione e produzione allo smantellamento ed al riciclo. Il gruppo si concentra sui motori di trazione delle auto elettriche, esplorando al contempo il recupero di magneti da altri mezzi di trasporto.
I ricercatori hanno smontato i rotori – la parte rotante di un motore elettrico che contiene i magneti – da biciclette elettriche, monopattini elettrici e auto elettriche a fine vita per testare come fosse possibile estrarre i magneti.
Entro il prossimo decennio, il recupero ed il riciclo di queste terre rare diventeranno economicamente più vantaggiosi.
Ma il recupero dei componenti è solo il primo passo. Essi devono essere trasformati in nuovi magneti che soddisfino i requisiti prestazionali di applicazioni come i motori di trazione delle auto elettriche.
Il gruppo ha già prodotto magneti ad alte prestazioni contenenti il 25% di materiale riciclato in peso, ha affermato Damiens. Il lavoro sta anche contribuendo a sviluppare le competenze specialistiche di cui i produttori europei hanno bisogno per competere a livello internazionale.
In questo senso, MAGELLAN non si occupa solo di riciclo, ma anche dello sviluppo di materiali magnetici avanzati e di un know-how produttivo che consentirà l'utilizzo di materiali secondari in applicazioni ad alte prestazioni.
"Questo contribuisce a sviluppare le competenze necessarie, consentendo la nascita di una nuova generazione di produttori di magneti in Europa, capaci di incorporare materiali secondari e di realizzare prodotti all'avanguardia e ad alte prestazioni", ha affermato.
I ricercatori stanno anche studiando come progettare i prodotti in modo che i magneti siano più facili da rimuovere a fine vita, contribuendo così ad evitare che materiali preziosi vengano persi o dispersi nel flusso dei rifiuti o durante il riciclaggio.
Un'ondata in arrivo di vecchi magneti
La disponibilità di magneti di scarto è ancora limitata, ma si prevede che aumenterà con la fine del ciclo di vita dei veicoli elettrici e la dismissione delle prime generazioni di turbine eoliche offshore. Le auto elettriche hanno in genere una durata di 15-20 anni, mentre le turbine offshore possono funzionare per circa 30 anni.
"Entro i prossimi dieci anni, il flusso di rifiuti aumenterà considerevolmente", ha affermato Damiens. "Il recupero ed il riciclo di queste terre rare diventeranno economicamente più vantaggiosi. Ci sarà ancora un sovrapprezzo rispetto alle pratiche tradizionali, ma il ritorno sull'investimento sarà strategico."
Il riciclo potrebbe inizialmente costare di più rispetto all'utilizzo di materiali estratti di recente, ma potrebbe rafforzare la filiera europea ed al contempo ridurre gli sprechi.
A titolo esemplificativo, un impianto di produzione di magneti con una capacità annua di 2.000 tonnellate potrebbe rifornire circa il 10% del mercato europeo previsto per i motori di trazione dei veicoli elettrici entro il 2040, o circa il 4% del più ampio mercato europeo dei magneti permanenti, secondo le stime dei ricercatori.
Il gruppo ha dimostrato il proprio processo produttivo su una linea pilota a Grenoble, gestita da Orano e dall'ente di ricerca francese per le energie alternative e la Commissione per l'energia atomica. Il prossimo passo consiste nell'integrare materiale riciclato nel processo e testare i magneti risultanti in un motore elettrico.
La linea pilota potrebbe anche fungere da centro di formazione, aiutando i produttori europei ad apprendere come lavorare con materiali riciclati.
Liberarsi dalle terre rare
Il riciclo è solo una parte della soluzione. Il progetto MagNEO, finanziato dall'UE e coordinato da Spyros Diplas, esperto dell'organizzazione di ricerca norvegese SINTEF, sta studiando magneti che non contengano affatto elementi delle terre rare.
I suoi 16 partner provenienti da 10 paesi stanno sviluppando magneti AlNiCo, una lega a base di ferro contenente alluminio, nichel e cobalto. Noto per il suo utilizzo nei pickup per chitarra, questo materiale viene impiegato anche in motori e sensori.
"I magneti AlNiCo non sono una novità", ha affermato Diplas. "Sono stati sviluppati fin dalla Seconda Guerra Mondiale. Tuttavia, negli ultimi decenni non ci sono stati grandi progressi nel loro sviluppo."
Il gruppo MagNEO sta ora riesaminando il materiale utilizzando tecniche moderne, tra cui la stampa 3D e la sperimentazione con diverse composizioni di leghe. La stampa costruisce i componenti strato per strato, rendendo possibile la creazione di forme complesse e strutture interne che potrebbero contribuire a compensare i limiti dell'AlNiCo.
MagNEO è un ottimo esempio di ricerca avanzata sui materiali in azione, che esplora come la personalizzazione delle proprietà di un materiale potrebbe offrire alternative ai magneti in terre rare in alcune applicazioni.
Progettare per la circolarità
Costruire secondo i principi dell'economia circolare è anch'esso parte integrante dell'equazione. Nei primi esperimenti, i ricercatori hanno frantumato vecchi magneti AlNiCo e li hanno mescolati con la plastica per creare materiale per la stampa 3D. Prevedono inoltre di recuperare metalli preziosi come il cobalto.
Ma l'AlNiCo non può eguagliare la densità di energia magnetica dei magneti in terre rare, ovvero la quantità di energia magnetica erogata in un dato volume.
"Non è sensato credere che otterremo le prestazioni dei magneti in terre rare con AlNiCo, o con qualsiasi altro tipo di magnete", ha affermato. "È una questione di fisica: ci sono dei limiti fisici."
La nostra idea è che lo sviluppo e, auspicabilmente, il miglioramento dei magneti procedano di pari passo con la progettazione alternativa dei motori.
I ricercatori stanno invece studiando se magneti migliorati, combinati con modifiche alla progettazione dei motori, possano soddisfare le esigenze di applicazioni specifiche, tra cui veicoli elettrici, turbine eoliche, pompe di calore e propulsione navale.
"La nostra idea è che lo sviluppo e, auspicabilmente, il miglioramento dei magneti vadano di pari passo con la progettazione alternativa dei motori", ha affermato Diplas.
Entro la fine del progetto, prevista per il 2028, il gruppo si propone di dimostrare che almeno due modelli di magneti possono essere stampati in 3D su scala industriale. I prototipi saranno testati in sistemi selezionati, affiancati da simulazioni computerizzate dettagliate di motori completi.
Diplas ritiene che l'Europa non debba scartare i materiali alternativi solo perché, sulla carta, appaiono meno performanti. Con una progettazione adeguata, potrebbero comunque rappresentare un'opzione valida per alcune applicazioni, riducendo la necessità di terre rare ed i rischi legati alla catena di approvvigionamento.
Più che una sfida legata ai materiali
Entrambi gli approcci supportano gli sforzi dell'Europa per garantire i materiali necessari alle tecnologie pulite. La legge sulle materie prime critiche (Critical Raw Materials Act) fissa un obiettivo di riciclo pari al 25% del consumo annuo dell'UE di materie prime strategiche entro il 2030, mentre la legge sull'industria a zero emissioni nette (Net-Zero Industry Act) riconosce l'importanza dei magneti permanenti per la produzione di tecnologie pulite.
Questi sforzi si inseriscono inoltre nel più ampio interesse dell'UE per i materiali avanzati, considerati un elemento chiave per la competitività, la resilienza e la transizione verso un futuro pulito, come previsto dall'Advanced Materials Act.
Trasformare nuovi materiali e metodi di riciclaggio in opzioni di approvvigionamento praticabili richiederà prestazioni affidabili, produzione su scala industriale ed un business plan convincente. MAGELLAN mira a mantenere le terre rare in circolazione più a lungo. MagNEO sta studiando come eliminarle completamente da alcune applicazioni.
Nessuno dei due approcci, da solo, eliminerà la dipendenza dell'Europa dai fornitori esteri. Insieme, tuttavia, potrebbero offrire ai produttori una maggiore scelta ed all'Europa un maggiore controllo sui materiali critici che contribuiranno a dare impulso al suo futuro energetico pulito.
ENGLISH
From recycling old magnets to developing alternatives that avoid rare earths entirely, EU-funded researchers are exploring ways to make Europe’s clean energy transition less dependent on overseas suppliers.
Permanent magnets are a key component of most electric car traction motors, which turn the wheels, and of many wind turbine generators. Clean energy and clean technology increasingly depend on them. Yet Europe is vulnerable to disruptions in their supply chain.
“They are kind of indispensable for the energy transition,” said Alexandre Damiens, a magnets and rare earths expert at French energy company Orano. Rare earth magnets are exceptionally strong, allowing motors to be smaller, lighter and more efficient.
Their production depends on rare earth elements, especially neodymium. China mines 60% of the world’s rare earths used in magnets, refines 91% and manufactures 94% of permanent magnets, according to the International Energy Agency. This concentration exposes manufacturers to supply disruptions and trade restrictions.
Researchers in Europe are pursuing two ways to reduce that vulnerability: recover valuable materials from magnets already in circulation and develop alternatives that can do the job without rare earths.
This search for alternative solutions is also part of Europe’s wider push on advanced materials – engineered materials designed to deliver improved performance in strategic technologies.
Giving old magnets a new life
Damiens is leading the EU-funded MAGELLAN, a 14-partner research initiative spanning eight European countries that is rethinking the magnet life cycle, from design and manufacture to dismantling and recycling. The team is focusing on electric car traction motors, while also exploring recovery from other forms of transport.
The researchers dismantled rotors – the spinning part of an electric motor that holds the magnets – from electric bikes, electric scooters and end-of-life electric cars to test how magnets could be extracted.
Within the decade, […] recovering and recycling these rare earths will be more economically viable.
But recovering the components is only the first step. They must be made into new magnets that meet the performance demands of applications such as electric car traction motors.
The team has already produced high-performance magnets containing 25% recycled material by weight, Damiens said. The work is also helping build the specialised expertise European manufacturers need to compete internationally.
In this sense, MAGELLAN is not only about recycling, but also about developing advanced magnetic materials and manufacturing know-how that will allow secondary materials to be used in high-performance applications.
“This is building the skills capacity, enabling a new generation of magnet manufacturers in Europe that are able to incorporate secondary material and produce high-performance state-of-the-art products,” he said.
The researchers are also looking at how products can be designed so magnets are easier to remove at end of life, helping to prevent valuable materials from being lost or diluted in the waste stream or during recycling.
A coming wave of old magnets
The supply of discarded magnets is still limited, but it is expected to grow as electric vehicles reach the end of their lives and the first generations of offshore wind turbines are retired. Electric cars typically last 15 to 20 years, while offshore turbines can operate for around 30 years.
“Within the decade, the waste flow will be much higher,” said Damiens. “Recovering and recycling these rare earths will be more economically viable. You will still have some premium compared to business as usual, but there will be a strategic pay-off.”
Recycling may initially cost more than using newly mined materials, but it could strengthen Europe’s supply chain while reducing waste.
For illustration, a magnet manufacturing facility with an annual capacity of 2 000 tonnes could supply around 10% of the projected European electric vehicle traction motor market by 2040, or about 4% of the broader European permanent magnet market, the researchers estimate.
The team has demonstrated its manufacturing process on a pilot line in Grenoble, operated by Orano and the research organisation French Alternative Energies and Atomic Energy Commission. The next step is to incorporate recycled material into the process and demonstrate the resulting magnets in an electric motor.
The pilot line could also serve as a training centre, helping European manufacturers learn to work with recycled materials.
Going rare earth free
Recycling is only part of the answer. The EU-funded MagNEO project, coordinated by Norwegian research organisation SINTEF expert Spyros Diplas, is exploring magnets that avoid rare earth elements altogether.
Its 16 partners from 10 countries are developing AlNiCo magnets, an iron-based alloy containing aluminium, nickel and cobalt. Known for its use in guitar pickups, the material is also used in motors and sensors.
“AlNiCo magnets are not new,” said Diplas. “They have been developed since the Second World War. But not much has happened with their development in the last few decades.”
The MagNEO team is now revisiting the material using modern techniques, including 3D printing and experiments with different alloy compositions. Printing builds components layer by layer, making it possible to create complex shapes and internal structures that could help compensate for AlNiCo’s limitations.
MagNEO is a good example of advanced materials research at work, exploring how tailoring a material’s properties could offer alternatives to rare earth magnets in some applications
Designing for circularity
Building in circularity is also part of the equation. In early experiments, researchers crushed old AlNiCo magnets and mixed them with plastic to create material for 3D printing. They also plan to recover valuable metals such as cobalt.
But AlNiCo cannot match the magnetic energy density of rare earth magnets – the amount of magnetic energy delivered in a given volume.
“It’s not sensible to believe that we’re going to get rare earth magnet performance with AlNiCo, or with any other magnets,” he said. “It’s physics – there are physical limitations.”
Our concept is that developing and hopefully improving the magnets will go hand-in-hand with alternative design of the motors.
Instead, the researchers are investigating whether improved magnets, combined with motor design alterations, can meet the needs of specific applications, including electric vehicles, wind turbines, heat pumps and ship propulsion.
“Our concept is that developing and hopefully improving the magnets will go hand-in-hand with alternative design of the motors,” Diplas said.
By the project’s end in 2028, the team aims to demonstrate that at least two magnet designs can be 3D-printed at industrial scale. Prototypes will be tested in selected systems alongside detailed computer simulations of complete motors.
Diplas believes that Europe should not dismiss alternative materials simply because they are less powerful on paper. With the right design, they could still provide a viable option for some applications, reducing the need for rare earths and the supply chain risks that come with them.
More than a materials challenge
Both approaches support Europe’s efforts to secure materials for clean technologies. The Critical Raw Materials Act sets a target for recycling to meet 25% of the EU’s annual consumption of strategic raw materials by 2030, while the Net-Zero Industry Act recognises permanent magnets as important to clean tech manufacturing.
These efforts also fit with the EU’s wider focus on advanced materials as a key to competitiveness, resilience and the clean transition, including its planned Advanced Materials Act.
Turning new materials and recycling methods into viable supply options will require reliable performance, industrial-scale production and a convincing business case. MAGELLAN aims to keep rare earths in circulation for longer. MagNEO is exploring how to eliminate them from some applications completely.
Neither approach will remove Europe’s dependence on overseas suppliers on its own. Together, however, they could give manufacturers more choice – and Europe greater control over the critical materials that will help power its clean energy future.
Da:
https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/old-magnets-new-tricks-europes-push-cut-reliance-rare-earths?pk_source=newsletter&pk_medium=email&pk_campaign=09112026&pk_content=industry_policy_transport
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