Proč musí větrné turbíny používat vzácné zeminy?

Větrné turbíny vyrábějí elektřinu pomocí permanentních magnetů, které jsou extrémně silné, ale obsahují vzácné zeminy, které se obtížně těží a recyklují.

Větrné turbíny jsou často vybaveny permanentními magnety, které používají kovy vzácných zemin. Foto: Rabih Shasha — Mnoho větrných turbín je vybaveno permanentními magnety, které využívají kovy vzácných zemin. Foto: *Rabih Shasha*

Z ekologického hlediska jsou větrné turbíny výhodnou koupí, informovala 3. března společnost IFL Science. Jejich „doba návratnosti“ – doba, za kterou turbína vyrobí dostatek čisté energie k vyrovnání znečištění způsobeného její výrobou – je kratší než jeden rok. Během provozu neprodukují prakticky žádné znečištění a jsou také velmi účinné, přičemž pouze jedna turbína dokáže měsíčně zásobovat energií přibližně 940 průměrných amerických domácností.

Větrné turbíny jsou však notoricky obtížně recyklovatelné, včetně kovů vzácných zemin, které se v nich nacházejí. „Podle našich znalostí se v současné době prakticky žádné kovy vzácných zemin z větrných turbín nerecyklují,“ uvedl Tyler Christoffel, hlavní technologický ředitel Úřadu pro technologie větrné energie amerického ministerstva energetiky.

Tato statistika není překvapivá. Odborníci odhadují, že celosvětově se recykluje méně než 1 % prvků vzácných zemin – látek, jako je cer, lanthan a neodym. Prvky vzácných zemin, jak název napovídá, je velmi obtížné najít v užitečném množství.

Kovy se obvykle hromadí v zemské kůře v důsledku různých geologických procesů, jako jsou lávové proudy, hydrotermální aktivita a horotvorba. Neobvyklé chemické vlastnosti prvků vzácných zemin však znamenají, že se za těchto zvláštních podmínek obvykle nehromadí společně. Stopy vzácných zemin jsou rozptýleny po celé planetě, což jejich těžbu činí neefektivní.

Kyselé podzemní prostředí může někdy na určitých místech produkovat mírně vyšší hladiny prvků vzácných zemin. Nalezení těchto míst je však pouze první výzvou. Těžbu pak komplikuje obtížnost extrakce čistých prvků. V současné době se Čína podílí na světové produkci vzácných zemin přibližně 70 %.

Prvky vzácných zemin nabývají na stále větším významu. Hrají zásadní roli ve všem, od průmyslových aplikací až po osobní zařízení, jako jsou notebooky a chytré telefony. Samozřejmě jsou přítomny i ve větrných turbínách.

„Při otáčení lopatek větrné turbíny generují kinetickou energii. Generátor s permanentními magnety přeměňuje tuto kinetickou energii na elektřinu interakcí dvou opačně polarizovaných permanentních magnetů,“ napsala ve studii z roku 2022 Kristin Vekasi, docentka na Univerzitě v Maine.

„Jiné magnety dokážou tuto práci zvládnout, ale permanentní magnety mají mnoho výhod, včetně vyšší účinnosti, menší velikosti, menšího počtu pohyblivých částí, které se mohou zlomit, a absence nutnosti externího nabíjení. Veškerou práci za ně dělá vítr,“ vysvětluje.

V těchto magnetech se nacházejí prvky vzácných zemin, obvykle neodym nebo samarium. Jsou to nejsilnější dostupné magnety, ale nejsou nezničitelné. Svůj magnetismus mohou ztratit v důsledku přehřátí, koroze, náhodného nárazu nebo problémů s magnetickým polem. V důsledku toho je renovace větrných turbín – výměna starých součástí, modernizace součástí, jako jsou generátory, a výměna magnetů ze vzácných zemin – téměř neustálým procesem.

Aby se tento problém vyřešil, vyhlásilo americké ministerstvo energetiky loni soutěž o nalezení efektivních způsobů recyklace součástí turbín. Minulý měsíc bylo vyhlášeno 20 vítězů první fáze soutěže, z nichž čtyři se zaměřili na recyklaci magnetů.

Vzhledem k tomu, že USA více investují do větrné energie a technologie založené na vzácných zeminách se dále rozvíjejí, stane se recyklace vzácných zemin mnohem naléhavějším tématem, uvedl Christoffel. „Toto ocenění pomáhá propagovat některé recyklační technologie, které by mohly vést k méně náročnému na zdroje a s nižšími emisemi způsobu využití magnetů,“ řekl.

Thu Thao (podle IFL Science )

Zdrojový odkaz