Perché le turbine eoliche devono utilizzare elementi delle terre rare?

Le turbine eoliche generano elettricità utilizzando magneti permanenti, che sono estremamente potenti ma contengono elementi delle terre rare difficili da estrarre e riciclare.

Le turbine eoliche sono generalmente dotate di magneti permanenti, che utilizzano elementi delle terre rare. Foto: Rabih Shasha — Molte turbine eoliche sono dotate di magneti permanenti, alcuni dei quali utilizzano elementi delle terre rare. Foto: *Rabih Shasha*

Dal punto di vista ambientale, le turbine eoliche sono un vero affare, come riportato da IFL Science il 3 marzo. Il loro periodo di ammortamento – ovvero il tempo necessario affinché una turbina produca energia pulita sufficiente a compensare l'inquinamento generato durante la produzione – è inferiore a un anno. Non producono praticamente alcun inquinamento durante il funzionamento e sono inoltre altamente efficienti; una singola turbina può alimentare circa 940 abitazioni americane medie al mese.

Tuttavia, le turbine eoliche sono difficili da riciclare, compresi i componenti in terre rare al loro interno. "Attualmente, per quanto ne sappiamo, praticamente nessun elemento delle terre rare proveniente dalle turbine eoliche viene riciclato", ha affermato Tyler Christoffel, responsabile tecnologico presso l'Ufficio per la tecnologia dell'energia eolica del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Questa statistica non sorprende. A livello globale , gli esperti stimano che meno dell'1% degli elementi delle terre rare – tra cui sostanze come cerio, lantanio e neodimio – venga riciclato. Gli elementi delle terre rare, come suggerisce il nome, sono molto difficili da reperire in quantità utili.

In genere, i metalli si concentrano nella crosta terrestre a causa di vari processi geologici, come colate laviche, attività idrotermale e formazione di montagne. Tuttavia, le particolari proprietà chimiche degli elementi delle terre rare fanno sì che di solito non si concentrino insieme in queste specifiche condizioni. Tracce di terre rare sono disperse in tutto il pianeta, il che rende la loro estrazione meno efficiente.

Occasionalmente, gli ambienti sotterranei acidi possono aumentare leggermente la quantità di elementi delle terre rare in determinate località. Tuttavia, individuare questi luoghi è solo la prima sfida. Anche il successivo processo di estrazione è complicato a causa dell'estrema difficoltà nel separare gli elementi puri. Attualmente, la Cina rappresenta circa il 70% della produzione mondiale di terre rare.

Gli elementi delle terre rare stanno acquisendo sempre maggiore importanza. Svolgono un ruolo vitale in molti settori, dalle applicazioni industriali ai dispositivi personali come computer portatili e smartphone. Naturalmente, si trovano anche nelle turbine eoliche.

"Durante la loro rotazione, le pale delle turbine eoliche generano energia cinetica. I generatori a magneti permanenti convertono questa energia cinetica in energia elettrica attraverso l'interazione di due magneti permanenti a polarizzazione inversa", ha scritto Kristin Vekasi, professoressa associata all'Università del Maine, in uno studio del 2022.

"Anche altri magneti possono svolgere la stessa funzione, ma i magneti permanenti presentano numerosi vantaggi, come una maggiore efficienza, dimensioni ridotte, un minor numero di parti mobili che possono rompersi e l'assenza di necessità di ricarica esterna. Sarà il vento a fare il lavoro", ha spiegato.

Questi magneti contengono elementi delle terre rare, spesso neodimio o samario. Si tratta dei magneti più potenti attualmente disponibili, ma non sono indistruttibili. Possono perdere il loro magnetismo a causa di surriscaldamento, corrosione, urti accidentali o problemi con il campo magnetico. Pertanto, il processo di ammodernamento delle turbine eoliche – che comprende la sostituzione dei componenti obsoleti, l'aggiornamento di parti come i generatori e la sostituzione dei magneti in terre rare – è pressoché costante.

Per affrontare questo problema, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha lanciato lo scorso anno un concorso per trovare una soluzione efficace di riciclaggio per i componenti delle turbine. Il mese scorso sono stati annunciati i 20 team vincitori della prima fase del concorso, tra cui quattro team specializzati nel riciclaggio dei magneti.

Secondo Christoffel, con l'aumento degli investimenti statunitensi nell'energia eolica e il continuo sviluppo delle tecnologie basate sulle terre rare, il riciclo di questi materiali diventerà una questione sempre più urgente. "Questo premio contribuisce a promuovere diverse tecnologie di riciclo che potrebbero portare a metodi di utilizzo dei magneti più efficienti in termini di risorse e con minori emissioni", ha affermato.

Thu Thao (Secondo IFL Science )

Link alla fonte