Почему в ветряных турбинах необходимо использовать редкоземельные элементы?

Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию с помощью постоянных магнитов, которые чрезвычайно мощны, но содержат редкоземельные элементы, которые трудно добывать и перерабатывать.

Ветряные турбины часто оснащаются постоянными магнитами, в которых используются редкоземельные элементы. Фото: Рабих Шаша — Многие ветряные турбины оснащены постоянными магнитами, в которых используются редкоземельные элементы. Фото: *Рабих Шаша*

Как сообщила IFL Science 3 марта, с экологической точки зрения ветряные турбины — выгодное приобретение. Их «срок окупаемости» — время, необходимое турбине для выработки достаточного количества чистой энергии, чтобы компенсировать загрязнение окружающей среды, — составляет менее года. Они практически не загрязняют окружающую среду при работе и очень эффективны — одна турбина может ежемесячно обеспечивать электроэнергией около 940 среднестатистических американских домов.

Однако ветряные турбины, как известно, трудно перерабатывать, включая содержащиеся в них редкоземельные элементы. «Насколько нам известно, в настоящее время редкоземельные элементы из ветряных турбин практически не перерабатываются», — заявил Тайлер Кристоффель, главный технический директор Управления технологий ветроэнергетики Министерства энергетики США.

Эта статистика неудивительна. По оценкам экспертов, во всем мире перерабатывается менее 1% редкоземельных элементов, таких как церий, лантан и неодим. Редкоземельные элементы, как следует из названия, очень сложно найти в приемлемых количествах.

Обычно металлы накапливаются в земной коре в результате различных геологических процессов, таких как потоки лавы, гидротермальная активность и горообразование. Однако необычные химические свойства редкоземельных элементов приводят к тому, что в этих особых условиях они редко накапливаются вместе. Следы редкоземельных элементов разбросаны по всей планете, что делает их добычу неэффективной.

Иногда кислые подземные среды могут способствовать образованию несколько более высоких концентраций редкоземельных элементов в определённых местах. Однако поиск таких мест — лишь первая проблема. Добыча полезных ископаемых также осложняется сложностью извлечения чистых элементов. В настоящее время на Китай приходится около 70% мировой добычи редкоземельных элементов.

Редкоземельные элементы приобретают всё большее значение. Они играют важнейшую роль во всём: от промышленных приложений до персональных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны. Конечно, они присутствуют и в ветряных турбинах.

«Вращаясь, лопасти ветряной турбины генерируют кинетическую энергию. Генератор на постоянных магнитах преобразует эту кинетическую энергию в электричество посредством взаимодействия двух противоположно поляризованных постоянных магнитов», — написала Кристин Векаси, доцент Университета штата Мэн, в исследовании 2022 года.

«Другие магниты тоже могут справиться с этой задачей, но у постоянных магнитов есть множество преимуществ, включая более высокую эффективность, меньший размер, меньшее количество подвижных частей, которые могут сломаться, и отсутствие необходимости во внешней зарядке. Ветер делает всю работу», — объясняет она.

В самих магнитах содержатся редкоземельные элементы, обычно неодим или самарий. Это самые сильные из существующих магнитов, но они не неразрушимы. Они могут потерять магнитные свойства из-за перегрева, коррозии, случайного удара или проблем с магнитным полем. Поэтому ремонт ветряных турбин — замена старых деталей, модернизация таких компонентов, как генераторы, и замена редкоземельных магнитов — практически постоянный процесс.

Чтобы решить эту проблему, Министерство энергетики США в прошлом году объявило конкурс на поиск эффективных решений по переработке компонентов турбин. В прошлом месяце были объявлены 20 победителей первого этапа конкурса, четыре из которых сосредоточились на переработке магнитов.

По словам Кристоффеля, поскольку США увеличивают инвестиции в ветроэнергетику и продолжают развиваться технологии на основе редкоземельных металлов, переработка редкоземельных металлов станет гораздо более актуальной проблемой. «Эта награда способствует продвижению некоторых технологий переработки, которые могут привести к менее ресурсоёмкому и менее вредному способу использования магнитов», — сказал он.

Ту Тао (по данным IFL Science )

Ссылка на источник