Dlaczego turbiny wiatrowe muszą wykorzystywać metale ziem rzadkich?

[reklama_1]

Turbiny wiatrowe wytwarzają energię elektryczną za pomocą magnesów trwałych, które są niezwykle silne, ale zawierają metale ziem rzadkich, trudne do wydobycia i recyklingu.

Turbiny wiatrowe są często wyposażone w magnesy trwałe, które wykorzystują metale ziem rzadkich. Zdjęcie: Rabih Shasha — Wiele turbin wiatrowych jest wyposażonych w magnesy trwałe, które wykorzystują metale ziem rzadkich. Zdjęcie: *Rabih Shasha*

Z punktu widzenia ekologii turbiny wiatrowe to prawdziwa okazja, donosi IFL Science 3 marca. Ich „okres zwrotu inwestycji” – czyli czas, w którym turbina dostarcza wystarczającą ilość czystej energii, aby zrównoważyć zanieczyszczenia generowane przez jej produkcję – wynosi mniej niż rok. Podczas pracy praktycznie nie wytwarzają zanieczyszczeń, a do tego są bardzo wydajne – jedna turbina może zasilić około 940 przeciętnych amerykańskich domów miesięcznie.

Jednak turbiny wiatrowe są wyjątkowo trudne w recyklingu, w tym pierwiastków ziem rzadkich w ich wnętrzu. „Obecnie, według naszej wiedzy, praktycznie żaden pierwiastek ziem rzadkich z turbin wiatrowych nie jest poddawany recyklingowi” – powiedział Tyler Christoffel, dyrektor ds. technologii w Biurze Technologii Energetyki Wiatrowej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.

Ta statystyka nie jest zaskakująca. Eksperci szacują, że na całym świecie mniej niż 1% pierwiastków ziem rzadkich – takich jak cer, lantan czy neodym – jest poddawane recyklingowi. Pierwiastki ziem rzadkich, jak sama nazwa wskazuje, są bardzo trudne do znalezienia w użytecznych ilościach.

Zazwyczaj metale gromadzą się w skorupie ziemskiej w wyniku różnych procesów geologicznych, takich jak przepływy lawy, aktywność hydrotermalna i tworzenie się gór. Jednak niezwykłe właściwości chemiczne pierwiastków ziem rzadkich sprawiają, że rzadko gromadzą się one razem w tych szczególnych warunkach. Śladowe ilości pierwiastków ziem rzadkich są rozproszone po całej planecie, co sprawia, że ich wydobycie jest nieefektywne.

Czasami kwaśne środowiska podziemne mogą powodować nieco wyższe stężenie pierwiastków ziem rzadkich w niektórych lokalizacjach. Jednak znalezienie tych miejsc to dopiero początek wyzwania. Górnictwo jest również utrudnione ze względu na trudności w wydobyciu czystych pierwiastków. Obecnie Chiny odpowiadają za około 70% światowej produkcji pierwiastków ziem rzadkich.

Pierwiastki ziem rzadkich zyskują na znaczeniu. Odgrywają kluczową rolę we wszystkim, od zastosowań przemysłowych po urządzenia osobiste, takie jak laptopy i smartfony. Oczywiście, są również obecne w turbinach wiatrowych.

„Obracające się łopaty turbiny wiatrowej generują energię kinetyczną. Generator z magnesami trwałymi przekształca tę energię kinetyczną w energię elektryczną poprzez interakcję dwóch przeciwnie spolaryzowanych magnesów trwałych” – napisała Kristin Vekasi, adiunkt na Uniwersytecie Maine, w badaniu z 2022 roku.

„Inne magnesy mogą wykonać to zadanie, ale magnesy trwałe mają wiele zalet, w tym wyższą wydajność, mniejsze rozmiary, mniej ruchomych części, które mogą się zepsuć, i brak konieczności zewnętrznego ładowania. Wiatr wykonuje całą pracę” – wyjaśnia.

Pierwiastki ziem rzadkich znajdują się w samych magnesach, zazwyczaj neodymowym lub samarowym. Są to najsilniejsze dostępne magnesy, ale nie są niezniszczalne. Mogą utracić swój magnetyzm w wyniku przegrzania, korozji, przypadkowego uderzenia lub problemów z polem magnetycznym. W rezultacie renowacja turbin wiatrowych – wymiana starych części, modernizacja podzespołów, takich jak generatory, oraz wymiana magnesów ziem rzadkich – to proces niemal ciągły.

Aby rozwiązać ten problem, Departament Energii USA ogłosił w zeszłym roku konkurs na efektywne rozwiązania w zakresie recyklingu elementów turbin. W zeszłym miesiącu ogłoszono 20 zwycięzców pierwszego etapu konkursu, z których czterech koncentrowało się na recyklingu magnesów.

W miarę jak Stany Zjednoczone inwestują coraz więcej w energię wiatrową, a technologie oparte na pierwiastkach ziem rzadkich wciąż się rozwijają, recykling pierwiastków ziem rzadkich stanie się znacznie pilniejszym problemem, twierdzi Christoffel. „Ta nagroda pomaga promować technologie recyklingu, które mogą prowadzić do mniej zasobochłonnego i mniej emisyjnego sposobu wykorzystania magnesów” – powiedział.

Thu Thao (według IFL Science )

Link źródłowy