Varför behöver vindkraftverk använda sällsynta jordartsmetaller?

Vindkraftverk genererar elektricitet med hjälp av permanentmagneter, som är extremt kraftfulla men innehåller sällsynta jordartsmetaller som är svåra att bryta och återvinna.

Många vindkraftverk är utrustade med permanentmagneter, som använder sällsynta jordartsmetaller. Foto: Rabih Shasha

Miljömässigt är vindkraftverk ett riktigt kap, rapporterade IFL Science den 3 mars. De har en "återbetalningsperiod" – den tid det tar för en turbin att producera tillräckligt med ren energi för att kompensera för föroreningarna som produceras av dess produktion – på mindre än ett år. De producerar praktiskt taget inga föroreningar under drift, och de är också mycket effektiva – en enda turbin kan driva cirka 940 genomsnittliga amerikanska hushåll varje månad.

Men vindkraftverk är notoriskt svåra att återvinna, inklusive de sällsynta jordartsmetallerna inuti. ”Just nu, såvitt vi vet, återvinns praktiskt taget inga sällsynta jordartsmetaller från vindkraftverk”, säger Tyler Christoffel, teknisk chef vid det amerikanska energidepartementets kontor för vindkraftteknologier.

Denna statistik är inte förvånande. Experter uppskattar att mindre än 1 % av sällsynta jordartsmetaller – ämnen som cerium, lantan och neodym – återvinns världen över . Sällsynta jordartsmetaller är, som namnet antyder, mycket svåra att hitta i användbara mängder.

Normalt sett ackumuleras metaller i jordskorpan på grund av olika geologiska processer, såsom lavaflöden, hydrotermisk aktivitet och bergsbildning. Men de ovanliga kemiska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller gör att de inte ofta ackumuleras tillsammans under dessa speciella förhållanden. Spår av sällsynta jordartsmetaller är utspridda över planeten, vilket gör deras utvinning ineffektiv.

Ibland kan sura underjordiska miljöer producera något högre halter av sällsynta jordartsmetaller på vissa platser. Att hitta dessa platser är dock bara den första utmaningen. Gruvdrift kompliceras också av svårigheten att utvinna rena grundämnen. För närvarande står Kina för cirka 70 % av världens produktion av sällsynta jordartsmetaller.

Sällsynta jordartsmetaller blir allt viktigare. De spelar en viktig roll i allt från industriella tillämpningar till personliga enheter som bärbara datorer och smartphones. Naturligtvis finns de även i vindkraftverk.

”När vindturbinbladen roterar genererar de kinetisk energi. En permanentmagnetgenerator omvandlar denna kinetiska energi till elektricitet genom samspelet mellan två motsatt polariserade permanentmagneter”, skrev Kristin Vekasi, docent vid University of Maine, i en studie från 2022.

”Andra magneter kan göra jobbet, men permanentmagneter har många fördelar, inklusive högre effektivitet, mindre storlek, färre rörliga delar som kan gå sönder och inget behov av extern laddning. Vinden gör allt arbete”, förklarar hon.

Sällsynta jordartsmetaller finns i själva dessa magneter, vanligtvis neodym eller samarium. Dessa är de starkaste magneterna som finns, men de är inte oförstörbara. De kan förlora sin magnetism på grund av överhettning, korrosion, oavsiktlig stöt eller problem med magnetfält. Som ett resultat är renovering av vindkraftverk – att byta ut gamla delar, uppgradera komponenter som generatorer och byta ut sällsynta jordartsmetallmagneter – en nästan konstant process.

För att åtgärda detta problem lanserade det amerikanska energidepartementet en tävling förra året för att hitta effektiva återvinningslösningar för turbinkomponenter. Förra månaden tillkännagavs de 20 vinnarna i den första fasen av tävlingen, varav fyra fokuserade på återvinning av magneter.

I takt med att USA investerar mer i vindkraft och teknik baserad på sällsynta jordartsmetaller fortsätter att utvecklas, kommer återvinning av sällsynta jordartsmetaller att bli en mycket mer angelägen fråga, enligt Christoffel. ”Detta pris bidrar till att främja vissa återvinningstekniker som kan leda till ett mindre resurskrävande och utsläppssnålare sätt att använda magneter”, sa han.

Thu Thao (enligt IFL Science )

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