Windturbinen erzeugen Strom mithilfe von Permanentmagneten, die zwar extrem leistungsstark sind, aber seltene Erden enthalten, deren Abbau und Recycling schwierig sind.
Viele Windkraftanlagen sind mit Permanentmagneten ausgestattet, die seltene Erden verwenden. Foto: Rabih Shasha
Windkraftanlagen sind ökologisch gesehen ein Schnäppchen, berichtete IFL Science am 3. März. Ihre Amortisationszeit – die Zeit, die eine Anlage benötigt, um genügend saubere Energie zu produzieren, um die durch ihre Produktion verursachte Umweltverschmutzung auszugleichen – beträgt weniger als ein Jahr. Sie produzieren im Betrieb praktisch keine Schadstoffe und sind zudem sehr effizient: Eine einzige Anlage kann monatlich etwa 940 durchschnittliche amerikanische Haushalte mit Strom versorgen.
Windturbinen sind jedoch bekanntermaßen schwer zu recyceln, einschließlich der darin enthaltenen Seltenen Erden. „Derzeit werden unseres Wissens nach praktisch keine Seltenen Erden aus Windturbinen recycelt“, sagte Tyler Christoffel, Technologiechef des Wind Energy Technologies Office des US-Energieministeriums.
Diese Statistik ist nicht überraschend. Experten schätzen, dass weltweit weniger als 1 % der Seltenen Erden – Stoffe wie Cer, Lanthan und Neodym – recycelt werden. Seltene Erden sind, wie der Name schon sagt, sehr schwer in brauchbaren Mengen zu finden.
Normalerweise reichern sich Metalle in der Erdkruste aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung an. Aufgrund der ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften von Seltenen Erden kommt es unter diesen besonderen Bedingungen jedoch normalerweise nicht zu einer gemeinsamen Anreicherung. Spuren von Seltenen Erden sind über den Planeten verstreut, was ihre Gewinnung ineffizient macht.
Manchmal können saure unterirdische Umgebungen an bestimmten Standorten etwas höhere Konzentrationen von Seltenen Erden produzieren. Das Auffinden dieser Standorte ist jedoch nur die erste Herausforderung. Der Bergbau wird dann durch die Schwierigkeit, reine Elemente zu gewinnen, erschwert. Derzeit entfallen etwa 70 % der weltweiten Seltenerdproduktion auf China.
Seltene Erden gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sie spielen eine wichtige Rolle in allen Bereichen, von industriellen Anwendungen bis hin zu persönlichen Geräten wie Laptops und Smartphones. Selbstverständlich sind sie auch in Windkraftanlagen enthalten.
„Wenn sich die Rotorblätter einer Windkraftanlage drehen, erzeugen sie kinetische Energie. Ein Permanentmagnetgenerator wandelt diese kinetische Energie durch die Wechselwirkung zweier entgegengesetzt polarisierter Permanentmagnete in Elektrizität um“, schrieb Kristin Vekasi, außerordentliche Professorin an der University of Maine, in einer Studie aus dem Jahr 2022.
„Andere Magnete können diese Aufgabe zwar erfüllen, aber Permanentmagnete haben viele Vorteile: Sie sind effizienter, kleiner, haben weniger bewegliche Teile, die kaputtgehen können, und brauchen keine externe Aufladung. Der Wind erledigt die ganze Arbeit“, erklärt sie.
In diesen Magneten selbst finden sich Seltenerdelemente, meist Neodym oder Samarium. Sie zählen zu den stärksten verfügbaren Magneten, sind aber nicht unzerstörbar. Sie können ihren Magnetismus durch Überhitzung, Korrosion, versehentliche Stöße oder Probleme mit dem Magnetfeld verlieren. Daher ist die Überholung von Windkraftanlagen – der Austausch alter Komponenten, die Modernisierung von Komponenten wie Generatoren und der Austausch von Seltenerdmagneten – ein nahezu ständiger Prozess.
Um dieses Problem zu lösen, startete das US-Energieministerium im vergangenen Jahr einen Wettbewerb, um effiziente Recyclingmethoden für Turbinenkomponenten zu finden. Letzten Monat wurden die 20 Gewinner der ersten Phase des Wettbewerbs bekannt gegeben, von denen sich vier auf das Recycling von Magneten konzentrierten.
Da die USA verstärkt in Windkraft investieren und sich Technologien auf Basis seltener Erden weiterentwickeln, werde das Recycling seltener Erden zu einem immer dringlicheren Thema, so Christoffel. „Diese Auszeichnung trägt dazu bei, Recyclingtechnologien zu fördern, die zu einer ressourcenschonenderen und emissionsärmeren Nutzung von Magneten führen könnten“, sagte er.
Thu Thao (Laut IFL Science )
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