چرا توربین‌های بادی نیاز به استفاده از عناصر خاکی کمیاب دارند؟

توربین‌های بادی با استفاده از آهنرباهای دائمی برق تولید می‌کنند که بسیار قدرتمند هستند اما حاوی عناصر کمیابی هستند که استخراج و بازیافت آنها دشوار است.

توربین‌های بادی اغلب به آهنرباهای دائمی مجهز هستند که از عناصر خاکی کمیاب استفاده می‌کنند. عکس: ربیع شاشا — بسیاری از توربین‌های بادی مجهز به آهنرباهای دائمی هستند که از عناصر خاکی کمیاب استفاده می‌کنند. عکس: *ربیع شاشا*

طبق گزارش IFL Science در ۳ مارس، توربین‌های بادی از نظر زیست‌محیطی مقرون‌به‌صرفه هستند. آنها یک «دوره بازگشت سرمایه» دارند - مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک توربین انرژی پاک کافی برای جبران آلودگی تولید شده توسط خود فراهم کند - که کمتر از یک سال است. آنها عملاً هیچ آلودگی در حین کار تولید نمی‌کنند و همچنین بسیار کارآمد هستند - یک توربین می‌تواند ماهانه حدود ۹۴۰ خانه معمولی آمریکایی را برق‌رسانی کند.

اما بازیافت توربین‌های بادی، از جمله عناصر خاکی کمیاب درون آنها، به طرز چشمگیری دشوار است. تایلر کریستوفل، مدیر ارشد فناوری دفتر فناوری‌های انرژی بادی وزارت انرژی ایالات متحده، گفت: «در حال حاضر، تا آنجا که ما می‌دانیم، عملاً هیچ عنصر خاکی کمیابی از توربین‌های بادی بازیافت نمی‌شود.»

این آمار تعجب‌آور نیست. کارشناسان تخمین می‌زنند که در سراسر جهان کمتر از ۱٪ از عناصر خاکی کمیاب - موادی مانند سریم، لانتانیم، نئودیمیم - بازیافت می‌شوند. همانطور که از نام عناصر خاکی کمیاب پیداست، یافتن آنها در مقادیر مفید بسیار دشوار است.

به طور معمول، فلزات به دلیل فرآیندهای مختلف زمین‌شناسی، مانند جریان‌های گدازه، فعالیت‌های هیدروترمال و تشکیل کوه‌ها، در پوسته زمین انباشته می‌شوند. با این حال، خواص شیمیایی غیرمعمول عناصر خاکی کمیاب به این معنی است که آنها اغلب تحت این شرایط خاص با هم انباشته نمی‌شوند. ردپاهایی از عناصر خاکی کمیاب در سراسر سیاره پراکنده شده‌اند و استخراج آنها را ناکارآمد می‌کنند.

گاهی اوقات، محیط‌های زیرزمینی اسیدی می‌توانند سطوح کمی بالاتری از عناصر خاکی کمیاب را در مکان‌های خاص تولید کنند. با این حال، یافتن این مکان‌ها تنها اولین چالش است. استخراج معادن نیز به دلیل دشواری استخراج عناصر خالص پیچیده است. در حال حاضر، چین حدود 70 درصد از تولید عناصر خاکی کمیاب جهان را به خود اختصاص داده است.

عناصر کمیاب خاکی به طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا می‌کنند. آن‌ها نقش حیاتی در همه چیز، از کاربردهای صنعتی گرفته تا دستگاه‌های شخصی مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های هوشمند، ایفا می‌کنند. البته، آن‌ها در توربین‌های بادی نیز وجود دارند.

کریستین وکاسی، دانشیار دانشگاه مین، در مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۲ نوشت: «با چرخش پره‌های توربین بادی، انرژی جنبشی تولید می‌شود. یک ژنراتور آهنربای دائمی این انرژی جنبشی را از طریق برهمکنش دو آهنربای دائمی با قطب‌های مخالف به برق تبدیل می‌کند.»

او توضیح می‌دهد: «آهنرباهای دیگر هم می‌توانند این کار را انجام دهند، اما آهنرباهای دائمی مزایای زیادی دارند، از جمله راندمان بالاتر، اندازه کوچکتر، قطعات متحرک کمتری که می‌توانند بشکنند و عدم نیاز به شارژ خارجی. باد تمام کار را انجام می‌دهد.»

عناصر خاکی کمیاب در خود این آهنرباها یافت می‌شوند، معمولاً نئودیمیوم یا ساماریوم. اینها قوی‌ترین آهنرباهای موجود هستند، اما فناناپذیر نیستند. آنها می‌توانند به دلیل گرمای بیش از حد، خوردگی، ضربه تصادفی یا مشکلات میدان مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهند. در نتیجه، نوسازی توربین‌های بادی - تعویض قطعات قدیمی، ارتقاء اجزایی مانند ژنراتورها و تعویض آهنرباهای خاکی کمیاب - یک فرآیند تقریباً ثابت است.

برای حل این مشکل، وزارت انرژی ایالات متحده سال گذشته مسابقه‌ای را برای یافتن راه‌حل‌های کارآمد بازیافت برای اجزای توربین آغاز کرد. ماه گذشته، 20 برنده مرحله اول این مسابقه اعلام شدند که چهار نفر از آنها بر بازیافت آهنرباها تمرکز داشتند.

به گفته کریستوفل، با افزایش سرمایه‌گذاری ایالات متحده در انرژی بادی و توسعه فناوری‌های مبتنی بر عناصر خاکی کمیاب، بازیافت عناصر خاکی کمیاب به مسئله‌ای بسیار مهم‌تر تبدیل خواهد شد. او گفت: «این جایزه به ارتقای برخی از فناوری‌های بازیافت کمک می‌کند که می‌توانند به روشی کم‌مصرف‌تر و کم‌انتشارتر برای استفاده از آهنرباها منجر شوند.»

پنجشنبه تائو (طبق گفته IFL Science )

لینک منبع