Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию с помощью постоянных магнитов, которые чрезвычайно мощны, но содержат редкоземельные элементы, которые трудно добывать и перерабатывать.
Многие ветровые турбины оснащены постоянными магнитами, в которых используются редкоземельные элементы. Фото: Рабих Шаша
С точки зрения экологии ветряные турбины — выгодная сделка, сообщила IFL Science 3 марта. У них «период окупаемости» — время, необходимое турбине для производства достаточного количества чистой энергии, чтобы компенсировать загрязнение, вызванное ее производством, — менее года. Они практически не загрязняют окружающую среду во время работы, а также очень эффективны: всего одна турбина способна ежемесячно обеспечивать электроэнергией около 940 среднестатистических американских домов.
Однако ветряные турбины, как известно, трудно перерабатывать, включая редкоземельные элементы внутри них. «Насколько нам известно, в настоящее время практически никакие редкоземельные элементы из ветряных турбин не перерабатываются», — сказал 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 веществ, как церий, лантан, неодим. Редкоземельные элементы, как следует из названия, очень трудно найти в полезных количествах.
Обычно металлы накапливаются в земной коре из-за различных геологических процессов, таких как потоки лавы, гидротермальная активность и горообразование. Однако необычные химические свойства редкоземельных элементов означают, что они обычно не накапливаются вместе в этих особых условиях. Следы редкоземельных элементов разбросаны по всей планете, что делает их добычу неэффективной.
Иногда кислые подземные среды могут производить немного более высокие уровни редкоземельных элементов в определенных местах. Однако поиск этих мест — это только первая проблема. Затем добыча осложняется трудностью извлечения чистых элементов. В настоящее время на Китай приходится около 70% мирового производства редкоземельных элементов.
Редкоземельные элементы становятся все более важными. Они играют важную роль во всем: от промышленных приложений до персональных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны. Конечно, они также присутствуют в ветряных турбинах.
«Когда лопасти ветряных турбин вращаются, они генерируют кинетическую энергию. Генератор с постоянными магнитами преобразует эту кинетическую энергию в электричество посредством взаимодействия двух противоположно поляризованных постоянных магнитов», — написала в исследовании 2022 года Кристин Векаси, доцент Университета штата Мэн.
«Другие магниты могут выполнять эту работу, но у постоянных магнитов много 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 магниты, но они не неразрушимы. Они могут потерять свой магнетизм из-за перегрева, коррозии, случайного удара или проблем с магнитным полем. В результате, восстановление ветряных турбин — замена старых компонентов, модернизация компонентов, таких как генераторы, и замена редкоземельных магнитов — является почти постоянным процессом.
Чтобы решить эту проблему, Министерство энергетики США в прошлом году запустило конкурс по поиску эффективных способов переработки компонентов турбин. В прошлом месяце были объявлены 20 победителей первого этапа конкурса, четыре из которых сосредоточились на переработке магнитов.
По словам Кристоффеля, поскольку США все больше инвестируют в ветроэнергетику, а технологии на основе редкоземельных элементов продолжают развиваться, переработка редкоземельных элементов станет гораздо более актуальной проблемой. «Эта награда помогает продвигать некоторые технологии переработки, которые могут привести к менее ресурсоемкому и менее вредному способу использования магнитов», — сказал он.
Тху Тао (по данным IFL Science )
Ссылка на источник
Комментарий (0)