Waarom moeten windturbines zeldzame aardmetalen gebruiken?

Windturbines genereren elektriciteit met behulp van permanente magneten. Deze magneten zijn extreem krachtig, maar bevatten zeldzame aardmetalen die moeilijk te winnen en te recyclen zijn.

Windturbines zijn vaak uitgerust met permanente magneten, die gebruikmaken van zeldzame aardmetalen. Foto: Rabih Shasha — Veel windturbines zijn uitgerust met permanente magneten, die gebruikmaken van zeldzame aardmetalen. Foto: *Rabih Shasha*

Windturbines zijn milieuvriendelijk en een koopje, meldde IFL Science op 3 maart. Ze hebben een terugverdientijd – de tijd die een turbine nodig heeft om voldoende schone energie te leveren om de vervuiling die door de productie ervan wordt veroorzaakt te compenseren – van minder dan een jaar. Ze produceren vrijwel geen vervuiling tijdens bedrijf en zijn bovendien zeer efficiënt: één turbine kan maandelijks ongeveer 940 gemiddelde Amerikaanse huishoudens van stroom voorzien.

Maar windturbines zijn notoir moeilijk te recyclen, inclusief de zeldzame aardmetalen die erin zitten. "Voor zover wij weten, worden er momenteel vrijwel geen zeldzame aardmetalen uit windturbines gerecycled", aldus Tyler Christoffel, Chief Technology Officer bij het Wind Energy Technologies Office van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Deze statistiek is niet verrassend. Wereldwijd schatten experts dat minder dan 1% van de zeldzame aardmetalen – stoffen zoals cerium, lanthaan en neodymium – wordt gerecycled. Zeldzame aardmetalen zijn, zoals de naam al doet vermoeden, zeer moeilijk in bruikbare hoeveelheden te vinden.

Normaal gesproken hopen metalen zich op in de aardkorst door verschillende geologische processen, zoals lavastromen, hydrothermale activiteit en gebergtevorming. De ongewone chemische eigenschappen van zeldzame aardmetalen zorgen er echter voor dat ze zich onder deze bijzondere omstandigheden niet vaak samen ophopen. Sporen van zeldzame aardmetalen zijn verspreid over de planeet, waardoor de winning ervan inefficiënt is.

Soms kunnen zure ondergrondse omgevingen op bepaalde locaties iets hogere concentraties zeldzame aardmetalen produceren. Het vinden van deze locaties is echter slechts de eerste uitdaging. Mijnbouw wordt ook bemoeilijkt door de moeilijkheid om zuivere elementen te winnen. Momenteel is China goed voor ongeveer 70% van de wereldwijde productie van zeldzame aardmetalen.

Zeldzame aardmetalen worden steeds belangrijker. Ze spelen een essentiële rol in alles, van industriële toepassingen tot persoonlijke apparaten zoals laptops en smartphones. Natuurlijk zijn ze ook aanwezig in windturbines.

"Terwijl de windturbinebladen draaien, genereren ze kinetische energie. Een permanente magneetgenerator zet deze kinetische energie om in elektriciteit door de interactie van twee tegengesteld gepolariseerde permanente magneten", schreef Kristin Vekasi, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Maine, in een studie uit 2022.

"Andere magneten kunnen hetzelfde werk doen, maar permanente magneten hebben veel voordelen, zoals een hogere efficiëntie, een kleiner formaat, minder bewegende onderdelen die kunnen breken en geen externe oplading nodig. De wind doet al het werk", legt ze uit.

Zeldzame aardmetalen, meestal neodymium of samarium, worden in deze magneten zelf aangetroffen. Dit zijn de sterkste magneten die er zijn, maar ze zijn niet onverwoestbaar. Ze kunnen hun magnetisme verliezen door oververhitting, corrosie, een onbedoelde botsing of problemen met magnetische velden. Renovatie van windturbines – het vervangen van oude onderdelen, het upgraden van componenten zoals generatoren en het vervangen van zeldzame-aardmagneten – is dan ook een vrijwel continu proces.

Om dit probleem aan te pakken, schreef het Amerikaanse ministerie van Energie vorig jaar een wedstrijd uit om efficiënte recyclingoplossingen voor turbineonderdelen te vinden. Vorige maand werden de twintig winnaars van de eerste fase van de wedstrijd bekendgemaakt, waarvan er vier zich richtten op het recyclen van magneten.

Naarmate de VS meer investeert in windenergie en de ontwikkeling van technologieën op basis van zeldzame aardmetalen, zal het recyclen van zeldzame aardmetalen een veel urgenter probleem worden, aldus Christoffel. "Deze prijs helpt bij het promoten van een aantal recyclingtechnologieën die kunnen leiden tot een minder grondstofintensieve en emissiearme manier om magneten te gebruiken", zei hij.

Thu Thao (volgens IFL Science )

Bronlink