Hvorfor må vindturbiner bruke sjeldne jordarter?

Vindturbiner genererer elektrisitet ved hjelp av permanente magneter, som er ekstremt kraftige, men inneholder sjeldne jordarter som er vanskelige å utvinne og resirkulere.

Mange vindturbiner er utstyrt med permanentmagneter, som bruker sjeldne jordarter. Foto: Rabih Shasha

Miljømessig er vindturbiner et kupp, rapporterte IFL Science 3. mars. De har en «tilbakebetalingstid» – tiden det tar for en turbin å produsere nok ren energi til å oppveie forurensningen som produseres av produksjonen – på under ett år. De produserer så godt som ingen forurensning under drift, og de er også svært effektive – en enkelt turbin kan forsyne omtrent 940 gjennomsnittlige amerikanske hjem med strøm hver måned.

Men vindturbiner er notorisk vanskelige å resirkulere, inkludert de sjeldne jordartene inni. «Akkurat nå, så vidt vi vet, resirkuleres så å si ingen sjeldne jordartene fra vindturbiner», sa Tyler Christoffel, teknologisjef ved det amerikanske energidepartementets kontor for vindenergiteknologier.

Denne statistikken er ikke overraskende. Eksperter anslår at mindre enn 1 % av sjeldne jordartsmetaller – stoffer som cerium, lantan og neodym – resirkuleres på verdensbasis . Sjeldne jordartsmetaller er, som navnet antyder, svært vanskelige å finne i nyttige mengder.

Normalt sett akkumuleres metaller i jordskorpen på grunn av ulike geologiske prosesser, som lavastrømmer, hydrotermisk aktivitet og fjellbygging. De uvanlige kjemiske egenskapene til sjeldne jordartsmetaller betyr imidlertid at de ikke ofte akkumuleres sammen under disse spesielle forholdene. Spor av sjeldne jordartsmetaller er spredt over hele planeten, noe som gjør utvinningen av dem ineffektiv.

Noen ganger kan sure underjordiske miljøer produsere litt høyere nivåer av sjeldne jordartsmetaller på visse steder. Å finne disse stedene er imidlertid bare den første utfordringen. Gruvedrift er også komplisert av vanskeligheten med å utvinne rene elementer. For tiden står Kina for omtrent 70 % av verdens produksjon av sjeldne jordartsmetaller.

Sjeldne jordartsmetaller blir stadig viktigere. De spiller en viktig rolle i alt fra industrielle applikasjoner til personlige enheter som bærbare datamaskiner og smarttelefoner. De finnes selvfølgelig også i vindturbiner.

«Når vindturbinbladene roterer, genererer de kinetisk energi. En permanentmagnetgenerator omdanner denne kinetiske energien til elektrisitet gjennom samspillet mellom to motsatt polariserte permanentmagneter», skrev Kristin Vekasi, førsteamanuensis ved University of Maine, i en studie fra 2022.

«Andre magneter kan gjøre jobben, men permanentmagneter har mange fordeler, inkludert høyere effektivitet, mindre størrelse, færre bevegelige deler som kan gå i stykker, og ikke behov for ekstern lading. Vinden gjør alt arbeidet», forklarer hun.

Sjeldne jordartsmetaller finnes i disse magnetene, vanligvis neodym eller samarium. Dette er de sterkeste magnetene som er tilgjengelige, men de er ikke uforgjengelige. De kan miste magnetismen sin på grunn av overoppheting, korrosjon, utilsiktet støt eller magnetfeltproblemer. Som et resultat er renovering av vindturbiner – utskifting av gamle deler, oppgradering av komponenter som generatorer og utskifting av sjeldne jordartsmagneter – en nesten konstant prosess.

For å løse dette problemet lanserte det amerikanske energidepartementet en konkurranse i fjor for å finne effektive resirkuleringsløsninger for turbinkomponenter. Forrige måned ble de 20 vinnerne av den første fasen av konkurransen annonsert, hvorav fire fokuserte på resirkulering av magneter.

Etter hvert som USA investerer mer i vindkraft og teknologier basert på sjeldne jordarter fortsetter å utvikle seg, vil resirkulering av sjeldne jordarter bli et mye mer presserende tema, ifølge Christoffel. «Denne prisen bidrar til å fremme noen resirkuleringsteknologier som kan føre til en mindre ressurskrevende og utslippsfri måte å bruke magneter på», sa han.

Thu Thao (ifølge IFL Science )

Kildekobling: https://vnexpress.net/tai-sao-cac-turbine-gio-can-su-dung-dat-hiem-4718312.html