ทำไมกังหันลมจึงต้องใช้แร่ธาตุหายาก?

กังหันลมผลิตไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็กถาวรซึ่งมีพลังมหาศาลแต่มีธาตุหายากที่ขุดและรีไซเคิลได้ยาก

กังหันลมมักติดตั้งแม่เหล็กถาวรซึ่งใช้ธาตุหายาก ภาพ: Rabih Shasha — กังหันลมหลายรุ่นติดตั้งแม่เหล็กถาวรซึ่งใช้ธาตุหายาก ภาพโดย: *Rabih Shasha*

ในด้านสิ่งแวดล้อม กังหันลมถือเป็นสินค้าราคาประหยัด IFL Science รายงานเมื่อวันที่ 3 มีนาคม กังหันลมมี “ระยะเวลาคืนทุน” หรือระยะเวลาที่กังหันลมผลิตพลังงานสะอาดได้เพียงพอที่จะชดเชยมลพิษที่เกิดจากการผลิต ซึ่งน้อยกว่าหนึ่งปี กังหันลมแทบไม่ก่อให้เกิดมลพิษใดๆ เลยขณะทำงาน และยังมีประสิทธิภาพสูงอีกด้วย โดยกังหันลมเพียงตัวเดียวสามารถจ่ายไฟให้กับบ้านเรือนชาวอเมริกันโดยเฉลี่ยได้ประมาณ 940 หลังต่อเดือน

อย่างไรก็ตาม กังหันลมเป็นที่รู้กันว่ารีไซเคิลได้ยากอย่างยิ่ง ซึ่งรวมถึงแร่ธาตุหายากที่อยู่ภายในด้วย “เท่าที่เรารู้ ณ ขณะนี้ แทบจะไม่มีแร่ธาตุหายากจากกังหันลมที่ถูกนำไปรีไซเคิลเลย” ไทเลอร์ คริสทอฟเฟิล ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีประจำสำนักงานเทคโนโลยีพลังงานลม กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ กล่าว

สถิตินี้ไม่น่าประหลาดใจเลย ผู้เชี่ยวชาญ ทั่วโลก ประเมินว่าธาตุหายาก เช่น ซีเรียม แลนทานัม และนีโอดิเมียม ถูกนำกลับมาใช้ใหม่น้อยกว่า 1% ธาตุหายากตามชื่อเรียกนั้น หายากมากที่จะหาได้ในปริมาณที่เหมาะสม

โดยปกติแล้ว โลหะจะสะสมตัวอยู่ในเปลือกโลกเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมทางความร้อนใต้พิภพ และการสร้างภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ผิดปกติของธาตุหายากทำให้โลหะเหล่านี้มักไม่สะสมตัวกันภายใต้สภาวะพิเศษเหล่านี้ ร่องรอยของธาตุหายากกระจายอยู่ทั่วโลก ทำให้การสกัดโลหะหายากไม่มีประสิทธิภาพ

บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่เป็นกรดอาจผลิตธาตุหายากได้ในระดับที่สูงขึ้นเล็กน้อยในบางพื้นที่ อย่างไรก็ตาม การค้นหาแหล่งแร่เหล่านี้เป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น การทำเหมืองก็มีความซับซ้อนเนื่องจากความยากลำบากในการสกัดธาตุบริสุทธิ์ ปัจจุบัน ประเทศจีนมีสัดส่วนการผลิตธาตุหายากประมาณ 70% ของโลก

ธาตุหายากกำลังมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ พวกมันมีบทบาทสำคัญในทุกสิ่ง ตั้งแต่การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมไปจนถึงอุปกรณ์ส่วนบุคคล เช่น แล็ปท็อปและสมาร์ทโฟน แน่นอนว่าพวกมันยังปรากฏอยู่ในกังหันลมด้วย

“เมื่อใบพัดกังหันลมหมุน พวกมันจะสร้างพลังงานจลน์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรจะแปลงพลังงานจลน์นี้เป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กถาวรสองขั้วที่มีขั้วตรงข้ามกัน” คริสติน เวกาซี รองศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเมน เขียนไว้ในงานวิจัยปี 2022

“แม่เหล็กชนิดอื่นก็สามารถทำได้ แต่แม่เหล็กถาวรมีข้อดีหลายประการ ทั้งประสิทธิภาพที่สูงกว่า ขนาดเล็กกว่า มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวน้อยกว่าที่อาจแตกหักได้ และไม่จำเป็นต้องชาร์จไฟจากภายนอก ลมทำหน้าที่นี้ทั้งหมด” เธออธิบาย

ธาตุหายากพบอยู่ในแม่เหล็กเหล่านี้เอง ซึ่งโดยทั่วไปคือนีโอดิเมียมหรือซาแมเรียม แม่เหล็กเหล่านี้มีความแข็งแรงมากที่สุด แต่ก็ไม่ใช่แม่เหล็กถาวร แม่เหล็กอาจสูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็กเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป การกัดกร่อน การกระแทกโดยไม่ได้ตั้งใจ หรือปัญหาสนามแม่เหล็ก ดังนั้น การซ่อมแซมกังหันลม ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนชิ้นส่วนเก่า การอัปเกรดส่วนประกอบต่างๆ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการเปลี่ยนแม่เหล็กหายาก จึงเป็นกระบวนการที่ต้องทำอย่างต่อเนื่อง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ จึงได้จัดการแข่งขันเมื่อปีที่แล้วเพื่อค้นหาวิธีการรีไซเคิลส่วนประกอบกังหันที่มีประสิทธิภาพ เมื่อเดือนที่แล้ว มีการประกาศรายชื่อผู้ชนะ 20 รายจากการแข่งขันระยะแรก โดย 4 รายเน้นที่แม่เหล็กรีไซเคิล

ขณะที่สหรัฐอเมริกาลงทุนด้านพลังงานลมและเทคโนโลยีที่ใช้แร่ธาตุหายากมากขึ้น การพัฒนาอย่างต่อเนื่อง การรีไซเคิลแร่ธาตุหายากจะกลายเป็นประเด็นเร่งด่วนมากขึ้น คริสตอฟเฟิลกล่าว “รางวัลนี้ช่วยส่งเสริมเทคโนโลยีรีไซเคิลบางอย่างที่อาจนำไปสู่วิธีการใช้แม่เหล็กที่ใช้ทรัพยากรน้อยลงและปล่อยมลพิษน้อยลง” เขากล่าว

ทูเทา (ตามข้อมูล วิทยาศาสตร์ IFL )

ลิงค์ที่มา