なぜ風力タービンには希土類元素を使う必要があるのでしょうか?

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風力タービンは永久磁石を使って発電します。永久磁石は非常に強力ですが、採掘やリサイクルが難しい希土類元素を含んでいます。

風力タービンには、希土類元素を使った永久磁石が取り付けられていることが多い。写真：ラビ・シャシャ — 多くの風力タービンには希土類元素を使った永久磁石が搭載されている。写真：*ラビ・シャシャ*

環境面では、風力タービンはお買い得だとIFL Scienceは3月3日に報じた。タービンの「投資回収期間」（タービンが生産時に排出する汚染物質を相殺するのに十分なクリーンエネルギーを供給できるようになるまでの期間）は1年未満だ。稼働中は実質的に汚染物質を排出せず、非常に効率的でもある。タービン1基で、平均的なアメリカの家庭約940世帯に毎月電力を供給できる。

しかし、風力タービンは、内部の希土類元素を含め、リサイクルが非常に難しいことで知られています。「現在、私たちの知る限り、風力タービンから排出される希土類元素は実質的にリサイクルされていません」と、米国エネルギー省風力エネルギー技術局の最高技術責任者であるタイラー・クリストッフェル氏は述べています。

この統計は驚くべきものではありません。専門家の推定によると、世界中でセリウム、ランタン、ネオジムなどの希土類元素のリサイクル率は1%未満です。希土類元素は、その名の通り、有用な量で見つけるのが非常に困難です。

通常、金属は溶岩流、熱水活動、造山活動といった様々な地質学的プロセスによって地殻に蓄積されます。しかし、希土類元素の特殊な化学的性質により、これらの特殊な条件下では、希土類元素同士が集積することは稀です。希土類元素の痕跡は地球全体に散在しており、抽出効率を低下させています。

酸性の地下環境下では、特定の場所では希土類元素の含有量がわずかに高くなることがあります。しかし、そのような場所を見つけることは最初の課題に過ぎません。採掘は純粋な元素の抽出の難しさによっても複雑化しています。現在、中国は世界の希土類生産量の約70%を占めています。

希土類元素はますます重要になっています。産業用途からノートパソコンやスマートフォンといった個人用デバイスに至るまで、あらゆる分野で重要な役割を果たしています。もちろん、風力タービンにも希土類元素は含まれています。

「風力タービンのブレードが回転すると、運動エネルギーが発生します。永久磁石発電機は、2つの反対極性の永久磁石の相互作用を通じて、この運動エネルギーを電気に変換します」と、メイン大学のクリスティン・ベカシ准教授は2022年の研究論文に記しています。

「他の磁石でも同じ働きはしますが、永久磁石には多くの利点があります。効率が高く、サイズが小さく、壊れやすい可動部品が少なく、外部からの充電も不要です。風力発電で全てを賄えるのです」と彼女は説明する。

これらの磁石自体には希土類元素が含まれており、通常はネオジムまたはサマリウムです。これらは入手可能な磁石の中で最も強力なものですが、壊れないわけではありません。過熱、腐食、偶発的な衝撃、あるいは磁場の問題によって磁力を失う可能性があります。そのため、風力タービンの改修（古い部品の交換、発電機などの部品のアップグレード、希土類磁石の交換）は、ほぼ絶え間なく行われるプロセスです。

この問題に対処するため、米国エネルギー省は昨年、タービン部品の効率的なリサイクル方法を見つけるためのコンペティションを開始しました。先月、コンペティションの第一フェーズで優勝した20のプロジェクトが発表されましたが、そのうち4つのプロジェクトは磁石のリサイクルに焦点を当てていました。

クリストッフェル氏によると、米国が風力発電への投資を増やし、希土類元素をベースとした技術の開発が進むにつれて、希土類元素のリサイクルはより喫緊の課題となるだろう。「この助成金は、磁石をより資源集約型で、排出量の少ない方法で利用することにつながる可能性のあるリサイクル技術の促進に貢献するでしょう」と彼は述べた。

Thu Thao （ IFL Scienceによると）

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