Europa versucht, Elektromotoren ohne seltene Erden und mit Aluminium anstelle von Kupfer herzustellen.

Europa möchte seine Abhängigkeit von Rohstoffen, die für die Herstellung von Elektroautos unverzichtbar sind, verringern. Das deutsche Institut Fraunhofer IFAM hat ein Projekt ins Leben gerufen, um neue Fertigungstechnologien für Elektromotoren zu entwickeln, die auf seltene Erden verzichten und einen Teil des Kupfers durch Aluminium ersetzen können. Es handelt sich um eine mit europäischen Mitteln geförderte Initiative, deren Ziel es ist, die technologische Unabhängigkeit der Industrie zu stärken.

Die Forschung findet in Dresden, Deutschland, im Rahmen des Projekts SIREN statt – einer Initiative, die darauf abzielt, die Herstellungsmethoden von Elektromotoren zu verändern. Ihr Ziel ist es nicht nur, den Verbrauch strategischer Materialien zu senken, sondern auch effizientere, ressourcenschonendere Antriebssysteme zu entwickeln, die kompakt sind und hohe Leistungen bieten können.

Das Projekt wird bis Ende 2028 mit mehr als zwei Millionen Euro an öffentlichen Finanzmitteln unterstützt, die vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung sowie vom deutschen Bundesland Sachsen stammen. Mit diesen Mitteln wird Fraunhofer IFAM eine Forschungsinfrastruktur errichten, die es ermöglicht, funktionierende Prototypen unter Verwendung neuer Materialien und industrieller Verfahren zu entwickeln und herzustellen.

Diese Initiative kommt zu einem Zeitpunkt, an dem Europa versucht, seine Abhängigkeit von ausländischen Lieferanten zu verringern, insbesondere im Bereich der Seltenen Erden, deren Produktion und Verarbeitung stark in wenigen Ländern konzentriert sind. Hinzu kommt die steigende Nachfrage nach Kupfer, einem grundlegenden Material für die Elektrifizierung des Verkehrs und der Industrie.

Eine der wichtigsten Forschungsrichtungen besteht darin, Elektromotoren zu entwickeln, die keine aus Seltenen Erden hergestellten Magnete benötigen. Dafür arbeiten die Forscher an neuen Architekturen für Hochgeschwindigkeits-Reluktanzmotoren sowie Permanentmagnetsmotoren auf Basis von Ferriten.

Letztere nutzen magnetische Materialien, die es ermöglichen, auf Elemente wie Neodym oder Dysprosium zu verzichten, die in bestimmten Hochleistungs-Elektromotoren üblich sind. Die Herausforderung besteht darin, Konstruktionen zu entwickeln, die eine hohe Leistungsdichte ohne Abhängigkeit von diesen strategischen Materialien bieten können.

Dafür entwickelt Fraunhofer neue additive Fertigungsverfahren auf Basis der Sinterung – einer Technik, die es ermöglicht, komplexe Metallkomponenten aus Pulvermaterialien herzustellen. Diese Technologie erleichtert es, verschiedene Metalle in einem einzigen Bauteil zu kombinieren und Geometrien zu schaffen, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu realisieren wären.

Eine der interessantesten Innovationen sind die mehrmaterialigen laminierten Kerne, die weiche magnetische und nicht-magnetische Materialien miteinander verbinden. Diese Lösung eröffnet neue Möglichkeiten für Motorkonfigurationen, insbesondere für Anwendungen, die bei sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten müssen.

Die zweite wichtige Forschungsrichtung konzentriert sich darauf, das Kupfer in den Spulen durch Aluminium zu ersetzen – ein leichteres und günstigeres Material. Obwohl Aluminium eine geringere elektrische Leitfähigkeit als Kupfer aufweist, möchten die Forscher seine Einschränkungen durch spezielle Designs ausgleichen, die integrierte Kühlkanäle beinhalten.

Diese Lösung würde es ermöglichen, die Wärmeableitung der Spulen zu verbessern und Hochleistungsmotoren mit zugänglicheren Materialien zu entwickeln. Eine besonders interessante Möglichkeit für die Automobilindustrie, in der die Verringerung des Gewichts, der Kosten sowie die Reduzierung der Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu einer Priorität geworden sind.

Das SIREN-Projekt beschränkt sich nicht auf Elektroautos. Seine Technologien sind ebenfalls für Anwendungen in der Luftfahrt, auf Landfahrzeugen und U-Booten sowie für verschiedene industrielle Zwecke konzipiert, die kompakte, leistungsstarke und zuverlässige Motoren benötigen.

Fraunhofer beabsichtigt, die gesamte Technologiekette zu entwickeln – von der Forschung neuer Materialien über die Herstellung von Komponenten bis hin zu funktionsfähigen Demonstratoren. Zudem steht die Infrastruktur zur Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen zur Verfügung, insbesondere mit kleinen und mittleren Unternehmen in Sachsen.

Das endgültige Ziel ist es, dass diese Technologien in die industrielle Produktion übertragen werden können und zu einer europäischen Lieferkette beitragen, die weniger von externen Quellen abhängig ist. Derzeit handelt es sich um ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt, doch seine Ergebnisse könnten dabei helfen, zukünftige Generationen von Elektromotoren mit weniger kritischen Materialien sowie einer größeren industriellen Autonomie für Europa herzustellen.