لماذا تحتاج توربينات الرياح إلى استخدام المعادن النادرة؟

[إعلان 1]

تولد توربينات الرياح الكهرباء باستخدام مغناطيسات دائمة، وهي قوية للغاية ولكنها تحتوي على معادن نادرة يصعب استخراجها وإعادة تدويرها.

غالبًا ما تكون توربينات الرياح مجهزة بمغناطيسات دائمة، والتي تستخدم المعادن النادرة. تصوير: رابح شاشا — تحتوي العديد من توربينات الرياح على مغناطيسات دائمة، والتي تستخدم المعادن النادرة. تصوير: *رابح شاشا*

من الناحية البيئية، تعتبر توربينات الرياح بمثابة صفقة رابحة، حسبما أفاد موقع IFL Science في 3 مارس/آذار. وتتمتع هذه التوربينات بفترة "استرداد" - وهي الوقت الذي تستغرقه التوربينات لتوفير طاقة نظيفة كافية للتعويض عن التلوث الناتج عن إنتاجها - وهي أقل من عام. إنها لا تنتج أي تلوث تقريبًا أثناء تشغيلها كما أنها فعالة للغاية، حيث أن توربينًا واحدًا فقط قادر على توفير الطاقة لحوالي 940 منزلًا أمريكيًا متوسطًا كل شهر.

ومع ذلك، من الصعب إعادة تدوير توربينات الرياح، بما في ذلك مكونات العناصر الأرضية النادرة الموجودة بداخلها. وقال تايلر كريستوفيل، كبير مسؤولي التكنولوجيا في مكتب تكنولوجيات طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية: "في الوقت الحالي، وعلى حد علمنا، لا يتم إعادة تدوير أي عناصر أرضية نادرة من توربينات الرياح تقريبًا".

هذه الإحصائية ليست مفاجئة. ويقدر الخبراء في جميع أنحاء العالم أن أقل من 1% من العناصر الأرضية النادرة - بما في ذلك مواد مثل السيريوم، واللانثانوم، والنيوديميوم - يتم إعادة تدويرها. العناصر الأرضية النادرة، كما يوحي اسمها، من الصعب جدًا العثور عليها بكميات مفيدة.

عادة، تتركز المعادن في قشرة الأرض بسبب العمليات الجيولوجية المختلفة، مثل تدفقات الحمم البركانية، والنشاط الحراري المائي، وتكوين الجبال. ومع ذلك، فإن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تعني أنها لا تتركز عادة معاً في ظل هذه الظروف الخاصة. تنتشر آثار المعادن النادرة في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل استخراجها غير فعال.

في بعض الأحيان، قد تؤدي البيئات الحمضية تحت الأرض إلى زيادة كمية العناصر الأرضية النادرة في مواقع معينة بشكل طفيف. ومع ذلك، فإن العثور على هذه المواقع لا يمثل سوى التحدي الأول. وتعتبر عملية التعدين اللاحقة معقدة أيضًا لأن استخراج العناصر النقية صعب للغاية. وتستحوذ الصين حاليا على نحو 70% من إنتاج المعادن النادرة في العالم.

أصبحت العناصر الأرضية النادرة ذات أهمية متزايدة. إنها تلعب دورًا أساسيًا في العديد من المجالات، بدءًا من التطبيقات الصناعية وحتى الأجهزة الشخصية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الهواتف الذكية. وبطبيعة الحال، فإنها تجعل وجودها محسوسًا أيضًا في توربينات الرياح.

"وكتبت كريستين فيكاسي، الأستاذة المساعدة في جامعة مين، في دراسة أجريت عام 2022: ""عندما تدور شفرات توربينات الرياح، فإنها تولد طاقة حركية. يحول مولد المغناطيس الدائم هذه الطاقة الحركية إلى كهرباء من خلال تفاعل مغناطيسين دائمين متعاكسين في الاستقطاب""."

وتوضح قائلة: "يمكن للمغناطيسات الأخرى القيام بهذه المهمة، لكن المغناطيسات الدائمة لها العديد من المزايا، بما في ذلك الكفاءة العالية والحجم الأصغر وعدد أقل من الأجزاء المتحركة التي يمكن أن تنكسر وعدم الحاجة إلى الشحن الخارجي. الرياح تقوم بكل العمل".

تحتوي هذه المغناطيسات نفسها على عناصر أرضية نادرة، وعادة ما تكون من النيوديميوم أو الساماريوم. تعتبر هذه أقوى المغناطيسات المتاحة اليوم، ولكنها ليست غير قابلة للتدمير. يمكن أن تفقد مغناطيسيتها بسبب ارتفاع درجة الحرارة، أو التآكل، أو الاصطدام العرضي، أو مشاكل المجال المغناطيسي. ونتيجة لهذا، فإن تجديد توربينات الرياح ــ استبدال الأجزاء القديمة، وترقية المكونات مثل المولدات، واستبدال المغناطيسات الأرضية النادرة ــ أمر مستمر تقريبا.

ولمعالجة هذه المشكلة، أطلقت وزارة الطاقة الأميركية العام الماضي مسابقة لإيجاد حلول فعالة لإعادة تدوير أجزاء التوربينات. وفي الشهر الماضي، تم الإعلان عن الفرق العشرين الفائزة في المرحلة الأولى من المسابقة، أربعة منها ركزت على إعادة تدوير المغناطيس.

ومع تزايد استثمار الولايات المتحدة في طاقة الرياح واستمرار تطوير التقنيات المعتمدة على العناصر الأرضية النادرة، فإن إعادة تدوير العناصر الأرضية النادرة سوف تصبح قضية أكثر إلحاحاً، وفقاً لكريستوفيل. وأضاف أن "هذه الجائزة تساعد في الترويج لبعض تقنيات إعادة التدوير التي يمكن أن تؤدي إلى طريقة أقل كثافة في استخدام الموارد وأقل كثافة في الانبعاثات عند استخدام المغناطيس".

ثو تاو (وفقا لـ IFL Science )

[إعلان رقم 2]
رابط المصدر