Neodym (Nd) in Windanlagen
Informationen zusammengestellt von Andreas Werner
Für Eilige: Das Wichtigste kurz zusammengefasst
•Neodym und andere sogenannte Seltenerdmetalle werden für Hochleistungsmagneten benötigt, die in Windgeneratoren zur Elektrizitätserzeugung eingesetzt werden1
•Ein Windrad mit 5 MW Leistung enthält ca. 2.000 – 3.000 kg eines Magneten, der aus Eisen, Seltenerdmetallen (Neodym, Praseodym, Dysprosium) und Bor besteht1. Der Seltenerdanteil beträgt etwa 30 %, d.h. 600 – 900 kg2,6.
•Hochleistungsmagneten mit Seltenerdmetallen werden in vielen Bereichen verwendet. Die Menge, die in Europa für den Windkraftausbau benötigt wurde, betrug 2019 etwa 13 % der verwendeten Gesamtmenge4.
•Seltene Erden werden vor allem in China hergestellt. Allerdings verfolgen die Hauptabnehmer nach einer Ausfuhrsperre 2009 eine starke Diversifizierungsstrategie mit Aufbau von Produktion in Australien, USA, Japan usw. Damit ist keine einseitige Abhängigkeit mehr gegeben. Anders als fossile Energieträger kann man Seltene Erden wegen der vergleichsweise geringen Volumina leicht lagern.
•Die Gewinnung von Seltenen Erden ist sehr energieaufwändig und kann zu erheblichen Umweltbelastungen führen. Allerdings sind die Produkte sehr langlebig (mehrere Jahrzehnte). Recyclingkapazitäten werden derzeit aufgebaut. Mittelfristig wird ein großer Teil der Produkte, die Seltene Erden enthalten, rezykliert werden.
•Zum Schluss noch ein ganz wichtiger Punkt: Die Energiewende ist materialintensiv. So werden z.B. große Mengen an Metallen (Stahl, Kupfer, Aluminium, Lithium, Seltene Erden usw.) benötigt. Allerdings werden diese Materialien nicht verbraucht, sondern nur gebunden und können entweder sehr lange ihre Aufgabe erfüllen (wie z.B. Kupferkabel) und/oder nach Gebrauch wieder aufbereitet (rezykliert) werden. Die Mengen an fossilen Brennstoffen, die wir heute benötigen, sind allerdings sehr viel größer. Auch sind fossile Energieträger nach dem Verbrennen nicht mehr da, weil sie in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt wurden.
Seltene Erden: die wichtigsten Fakten
•Die Seltenen Erden sind eine Gruppe von 17 chemischen ähnlichen Elementen (Metallen)
•Der Name ist historisch bedingt, weil diese Elemente zuerst in seltenen Mineralien gefunden wurden. Sie sind aber deutlich häufiger als z.B. Gold oder Platin oder selbst Kupfer.
•Seltene Erden kommen allerdings in der Tat nur in kleinen Konzentrationen als Beimischung zu anderen Mineralien vor. Deshalb ist die Gewinnung sehr energieaufwändig.
•Die größten Vorkommen befinden sich in China, Australien, Russland und USA, es gibt aber auch große Vorkommen z.B. in Schweden5.
•Auch wenn China der größte Produzent von Seltenen Erden und den daraus hergestellten Produkten ist, sind in den vergangenen Jahren erhebliche Produktionskapazitäten außerhalb Chinas aufgebaut worden6. Dieser Trend hält an.
•In der Europäischen Union gibt es ein langfristiges Programm zur Sicherung der Versorgung mit kritischen Rohmaterialien, zu denen die Seltenen Erden zählen. Das Ziel ist, einseitige Abhängigkeiten von dominierenden Lieferanten zu vermeiden.
Warum Neodym in Windrädern?
•Strom wird in einem Windrad erzeugt, indem Bewegungsenergie mit Hilfe von elektrischen Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird.
•Dafür braucht man starke Magneten, die eine besonders hohe magnetische Dichte haben. In Vergleich zu einem Eisenmagneten hat ein Eisen-Neodym-Bor-Magnet ein bis zu fünf mal höheres „Energieprodukt“. Das heißt, dass so ein Magnet nur ein Fünftel der Größe eines Eisenmagneten braucht, um die gleiche Wirkung zu erzielen.
•Diese Spezialmagneten sind dafür auch 10-20 mal teurer als Eisenmagneten. Für Windräder, bei denen das Gewicht eine erhebliche Rolle spielt, sind derzeit Hochleistungsmagneten bevorzugt. Es gibt aber auch andere Technologien, die keine oder zumindest deutlich weniger Seltene Erden benötigen.
Lebensdauer und Recycling
•Hochleistungsmagneten in Windturbinen sind ziemlich beständig und halten die für ein Windrad normalerweise veranschlagten 20 Jahre Lebensdauer ohne Schwierigkeiten und Wirkungsverluste aus4.
•Mehr als 50 % des in der EU benötigten Neodyms geht derzeit in den Bau konventioneller Autos mit Verbrennungsmotoren.
•In vielen anderen Anwendungen wird Neodym nur in kleinen Mengen eingesetzt (z.B. in Computer Hard Disks) und ist daher schwer zu separieren, was für ein Recycling erforderlich ist. Derzeit wird daher nur wenig Neodym tatsächlich getrennt und wieder zu hochwertigen Neodymprodukten aufgearbeitet. Größere Magneten wie in Windturbinen sind einfacher zu trennen und können damit sehr viel besser aufgearbeitet werden. Pilotanlagen dafür existieren bereits und die Kreislaufwirtschaftsstrategie der Europäischen Union unterstützt Recyclingprojekte finanziell4.
Unsere Quellen
1) factsheet-magnetmaterialien_fi_barrierefrei.pdf (umweltbundesamt.de), download 24.02.2024
2) Permanent Magnet Generator Design and Control for Large Wind Turbines (researchgate.net), download 24.02.2024
3) A circular economy metric to determine sustainable resource use illustrated with neodymium for wind turbines
James Sherwood a,* , Gerardo Tun Gongora a , Anne P.M. Velenturf, Journal of Cleaner Production 376 (2022) 134305
4) Recovering the “new twin”: Analysis of secondary neodymium sources and recycling potentials in Europe Luca Ciaccia,⁎ ,
Ivano Vassuraa , Zhi Caob , Gang Liub , Fabrizio Passarinia,⁎, Resources, Conservation & Recycling, 142 (2019) 143- 152
5) Europe’s largest deposit of rare earth metals is located in the Kiruna area – LKAB, download 25.02.2024
6) The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions – Analysis – IEA, p 65, download 25.02.2024,