Fraunhofer senkt Bedarf an Seltenen Erden in E-Motoren um bis zu 80 Prozent

Das Fraunhofer IFAM baut in Dresden eine Forschungsinfrastruktur auf, mit der sich E-Motoren künftig ohne Seltene Erden und mit Aluminium statt Kupfer fertigen lassen. Ziel ist es, die Abhängigkeit der Automobilindustrie von kritischen Rohstoffen zu verringern und zugleich Kosten zu senken.

Neue Motorarchitekturen statt Permanentmagnete

Im Zentrum der Arbeiten steht das Projekt SIREN, das auf hochdrehende Reluktanzmotoren und ferriterregte Permanentmagnetantriebe setzt, die ganz ohne Seltene Erden auskommen. Dabei kombiniert SIREN sinterbasierte additive Prozessketten für metallische Werkstoffe mit neuen Motorarchitekturen. Ein zentrales Element sind Multimaterial-Blechpakete, die weichmagnetische und nichtmagnetische Werkstoffe gezielt miteinander verbinden. Für dieses Vorhaben erhält das Institut bis Ende 2028 mehr als zwei Millionen Euro Förderung vom Freistaat Sachsen und aus EU-Fonds.

Ähnliche Ansätze zur Steigerung der Drehzahl und Effizienz von Elektroantrieben verfolgen auch Zulieferer wie ZF, das mit einem Hochdrehzahl-Elektroantrieb mit bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute kompaktere und leichtere Antriebe gegen chinesische Konkurrenz positionieren will.

Recycling als zweite Säule

Neben der Substitution durch neue Materialien setzt Fraunhofer auf Rückgewinnung. Im Projekt NEO-CYCLE wird ein Verfahren entwickelt, das Neodym aus ausgedienten Magneten zurückgewinnt. Parallel arbeitet das Fraunhofer IFAM an einem elektrochemischen Verfahren zur Rückgewinnung Seltener Erden aus Elektroschrott. Dr. Julian Schwenzel, Abteilungsleiter für Elektrische Energiespeicher am Fraunhofer IFAM, beschreibt das Ziel so: "Wir möchten wertvolle Rohstoffe und Seltene Erden mit hoher Ausbeute und Reinheit zurückgewinnen."

Acht Institute, ein Leitprojekt

Die aktuellen Entwicklungen bauen auf dem Leitprojekt "Kritikalität Seltener Erden" auf, in dem seit 2013 acht Fraunhofer-Institute an einem effizienteren Einsatz dieser Rohstoffe gearbeitet haben. Kombiniert man alle dort entwickelten Verfahren, lässt sich der Bedarf an Dysprosium und Neodym nach Fraunhofer-Angaben auf 20 Prozent der ursprünglichen Mengen senken. Bei einer vollständigen Integration aller Verfahren in E-Motor-Benchmarks ergibt sich daraus eine Reduktion des Bedarfs an Seltenen Erden um 80 Prozent. Nach Angaben des Fraunhofer IFAM ist die geplante Kombination der Verfahren "in dieser Form europaweit einzigartig".

Versorgungsrisiko als Treiber

Hintergrund der Forschung ist die geografische Konzentration der Versorgung mit Seltenen Erden auf wenige Lieferländer, was für Fahrzeughersteller ein wesentliches Versorgungsrisiko darstellt. Besonders Dysprosium und Terbium gelten wegen hoher Kosten und Verfügbarkeitsrisiken als kritisch für Motoranwendungen. Die Reduktion dieser Abhängigkeit könnte Herstellern helfen, Lieferkettenrisiken und Kostenschwankungen abzufedern, während die Branche ohnehin unter Druck steht: Zugleich kämpfen deutsche Hersteller mit strategischen Rückschlägen, etwa wenn Mercedes die Produktion von EQE und EQS SUV einstellt und seine Elektrostrategie neu ausrichtet.

Offene Fragen zur Umsetzung

Trotz der vielversprechenden Zahlen bleiben zentrale Fragen offen. Unklar ist, welche Zeitschiene für die Serienreife der Fraunhofer-Technologien realistisch ist und wie präzise die Effizienzgewinne im Vergleich zu konventionellen E-Motoren tatsächlich ausfallen. Auch die konkreten Kosteneinsparungen, die Automobilhersteller durch Rohstoffsubstitution und Recycling erzielen könnten, sind derzeit nicht beziffert. Die kommenden Jahre bis zum Projektende von SIREN 2028 dürften zeigen, ob sich die Laborergebnisse in die Serienfertigung übertragen lassen.