Чому вітрові турбіни повинні використовувати рідкісноземельні елементи?

Вітрові турбіни виробляють електроенергію за допомогою постійних магнітів, які є надзвичайно потужними, але містять рідкісноземельні елементи, які важко видобувати та переробляти.

Вітрові турбіни часто оснащені постійними магнітами, в яких використовуються рідкоземельні елементи. Фото: Рабіх Шаша — Багато вітрових турбін оснащені постійними магнітами, в яких використовуються рідкоземельні елементи. Фото: *Рабіх Шаша*

З екологічної точки зору, вітрові турбіни – це вигідна покупка, повідомила 3 березня IFL Science. Їхній «термін окупності» – час, необхідний турбіні для забезпечення достатньої кількості чистої енергії для компенсації забруднення, що спричиняється її виробництвом – становить менше року. Вони практично не забруднюють навколишнє середовище під час роботи, а також дуже ефективні – одна турбіна може щомісяця живити близько 940 середньостатистичних американських будинків.

Але вітрові турбіни, як відомо, важко переробляти, зокрема рідкісноземельні елементи, що містяться в них. «Наскільки нам відомо, наразі практично жодні рідкісноземельні елементи з вітрових турбін не переробляються», — сказав Тайлер Крістоффель, головний технічний директор Управління вітроенергетичних технологій Міністерства енергетики США.

Ця статистика не дивує. За оцінками експертів, у всьому світі переробляється менше 1% рідкоземельних елементів – таких речовин, як церій, лантан, неодим. Рідкоземельні елементи, як випливає з назви, дуже важко знайти в корисних кількостях.

Зазвичай метали накопичуються в земній корі внаслідок різних геологічних процесів, таких як потоки лави, гідротермальна активність та гороутворення. Однак незвичайні хімічні властивості рідкоземельних елементів означають, що вони не часто накопичуються разом за цих особливих умов. Сліди рідкоземельних елементів розкидані по всій планеті, що робить їх видобуток неефективним.

Іноді кислі підземні середовища можуть утворювати дещо вищий рівень рідкоземельних елементів у певних місцях. Однак пошук таких місць — лише перша проблема. Видобуток корисних копалин також ускладнюється труднощами видобутку чистих елементів. Наразі на Китай припадає близько 70% світового виробництва рідкоземельних елементів.

Рідкоземельні елементи стають дедалі важливішими. Вони відіграють життєво важливу роль у всьому, від промислового застосування до персональних пристроїв, таких як ноутбуки та смартфони. Звичайно, вони також присутні у вітрових турбінах.

«Коли лопаті вітрової турбіни обертаються, вони генерують кінетичну енергію. Генератор на постійних магнітах перетворює цю кінетичну енергію на електрику шляхом взаємодії двох протилежно поляризованих постійних магнітів», – написала Крістін Векасі, доцент Університету Мену, у дослідженні 2022 року.

«Інші магніти можуть виконувати цю роботу, але постійні магніти мають багато переваг, зокрема вищу ефективність, менший розмір, менше рухомих частин, які можуть зламатися, і відсутність потреби в зовнішній зарядці. Вітер виконує всю роботу», – пояснює вона.

У самих цих магнітах містяться рідкісноземельні елементи, зазвичай неодим або самарій. Це найсильніші магніти з усіх доступних, але вони не є незнищенними. Вони можуть втратити свій магнетизм через перегрів, корозію, випадковий удар або проблеми з магнітним полем. Як результат, ремонт вітрових турбін — заміна старих деталей, модернізація компонентів, таких як генератори, та заміна рідкоземельних магнітів — є майже постійним процесом.

Щоб вирішити цю проблему, Міністерство енергетики США минулого року оголосило конкурс з пошуку ефективних рішень для переробки компонентів турбін. Минулого місяця було оголошено 20 переможців першого етапу конкурсу, чотири з яких були зосереджені на переробці магнітів.

За словами Крістоффеля, оскільки США інвестують більше у вітроенергетику та продовжують розвиватися технології на основі рідкоземельних елементів, переробка рідкоземельних елементів стане набагато актуальнішим питанням. «Ця нагорода допомагає просувати деякі технології переробки, які можуть призвести до менш ресурсоємного та низьковикислотного способу використання магнітів», – сказав він.

Тху Тао (за даними IFL Science )

Посилання на джерело