Warum benötigen Windkraftanlagen Seltene Erden?

Windkraftanlagen erzeugen Strom mithilfe von Permanentmagneten, die zwar extrem leistungsstark sind, aber seltene Erden enthalten, die schwer abzubauen und zu recyceln sind.

Windkraftanlagen sind häufig mit Permanentmagneten ausgestattet, die Seltenerdmetalle enthalten. Foto: Rabih Shasha — Viele Windkraftanlagen sind mit Permanentmagneten ausgestattet, die Seltenerdmetalle enthalten. Foto: *Rabih Shasha*

Windkraftanlagen sind aus ökologischer Sicht ein Schnäppchen, berichtete IFL Science am 3. März. Ihre Amortisationszeit – die Zeit, die eine Turbine benötigt, um genügend saubere Energie zu erzeugen, um die durch ihre Produktion verursachten Emissionen auszugleichen – beträgt weniger als ein Jahr. Sie produzieren im Betrieb praktisch keine Schadstoffe und sind zudem sehr effizient: Eine einzige Turbine kann monatlich etwa 940 durchschnittliche amerikanische Haushalte mit Strom versorgen.

Windkraftanlagen sind jedoch bekanntermaßen schwer zu recyceln, auch die darin enthaltenen Seltenen Erden. „Unseres Wissens werden derzeit praktisch keine Seltenen Erden aus Windkraftanlagen recycelt“, sagte Tyler Christoffel, Chief Technology Officer im Büro für Windenergietechnologien des US-Energieministeriums.

Diese Statistik ist nicht überraschend. Weltweit schätzen Experten, dass weniger als 1 % der Seltenen Erden – Substanzen wie Cer, Lanthan und Neodym – recycelt werden. Seltene Erden sind, wie der Name schon sagt, sehr schwer in nutzbaren Mengen zu gewinnen.

Normalerweise reichern sich Metalle in der Erdkruste durch verschiedene geologische Prozesse wie Lavaströme, hydrothermale Aktivität und Gebirgsbildung an. Aufgrund ihrer ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften reichern sich Seltene Erden unter diesen Bedingungen jedoch selten gemeinsam an. Ihre Spuren sind über den gesamten Planeten verstreut, was ihre Gewinnung ineffizient macht.

Saure Untergrundumgebungen können mitunter an bestimmten Stellen etwas höhere Konzentrationen an Seltenen Erden hervorbringen. Die Suche nach diesen Vorkommen ist jedoch nur die erste Herausforderung. Auch die Gewinnung reiner Elemente gestaltet sich schwierig. Derzeit stammen etwa 70 % der weltweiten Seltenen-Erden-Produktion aus China.

Seltene Erden gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sie spielen eine entscheidende Rolle in verschiedensten 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 Universität von Maine, in einer Studie aus dem Jahr 2022.

„Andere Magnete können die Aufgabe zwar auch erfüllen, aber Permanentmagnete haben viele Vorteile, darunter eine höhere Effizienz, eine geringere Größe, weniger bewegliche Teile, die kaputtgehen können, und die Tatsache, dass kein externes Aufladen erforderlich ist. Der Wind erledigt die ganze Arbeit“, erklärt sie.

Seltene Erden, meist Neodym oder Samarium, sind Bestandteil dieser Magnete. Sie zählen zu den stärksten verfügbaren Magneten, sind aber nicht unzerstörbar. Durch Überhitzung, Korrosion, Stöße oder Störungen im Magnetfeld können sie ihre Magnetkraft verlieren. Daher ist die Modernisierung von Windkraftanlagen – der Austausch alter Teile, die Aufrüstung von Komponenten wie Generatoren und der Austausch der Seltenerdmagnete – ein nahezu kontinuierlicher Prozess.

Um dieses Problem anzugehen, rief das US-Energieministerium letztes Jahr einen Wettbewerb ins Leben, um effiziente Recyclinglösungen für Turbinenkomponenten zu finden. Im vergangenen Monat wurden die 20 Gewinner der ersten Wettbewerbsphase 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, wird das Recycling seltener Erden laut Christoffel zu einem deutlich dringlicheren Thema. „Diese Auszeichnung trägt dazu bei, Recyclingtechnologien zu fördern, die zu einer ressourcenschonenderen und emissionsärmeren Verwendung von Magneten führen könnten“, sagte er.

Thu Thao (Laut IFL Science )

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