Warum müssen Windkraftanlagen seltene Erden verwenden?

Windturbinen erzeugen Strom mit Hilfe von Permanentmagneten, die zwar extrem leistungsstark sind, jedoch seltene Erden enthalten, deren Abbau und Recycling schwierig sind.

Viele Windkraftanlagen sind mit Permanentmagneten ausgestattet, welche seltene Erden verwenden. Foto: Rabih Shasha

Aus ökologischer Sicht sind Windturbinen ein Schnäppchen, berichtete IFL Science am 3. März. Ihre Amortisationszeit – also die Zeit, die die Turbine benötigt, um ausreichend saubere Energie zu erzeugen, um die durch ihre Produktion verursachte Umweltverschmutzung auszugleichen – beträgt weniger als ein Jahr. Sie erzeugen im Betrieb praktisch keine Schadstoffe und sind zudem sehr effizient: Eine einzige Turbine kann etwa 940 durchschnittliche amerikanische Haushalte pro Monat mit Strom versorgen.

Allerdings sind Windturbinen – und auch die darin enthaltenen Seltenerdkomponenten – schwer zu recyceln. „Derzeit werden unseres Wissens nach praktisch keine Seltenerdelemente aus Windkraftanlagen recycelt“, sagte Tyler Christoffel, Technologiechef des Wind Energy Technologies Office des US-Energieministeriums.

Diese Statistik ist nicht überraschend. Weltweit schätzen Experten, dass weniger als 1 % der Seltenen Erden – darunter Stoffe wie Cer, Lanthan und Neodym – recycelt werden. Seltene Erden sind, wie der Name schon sagt, sehr schwer in brauchbaren Mengen zu finden.

Typischerweise konzentrieren sich Metalle aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung in der Erdkruste. Aufgrund der ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften der Seltenerdelemente kommt es unter diesen besonderen Bedingungen jedoch normalerweise nicht zu einer Anreicherung dieser Elemente. Spuren von Seltenen Erden sind über den ganzen Planeten verstreut, was ihren Abbau ineffizient macht.

Manchmal kann ein saurer Untergrund die Menge an Seltenerdelementen an bestimmten Stellen leicht erhöhen. Das Finden dieser Standorte ist jedoch nur die erste Herausforderung. Auch der anschließende Bergbauprozess ist kompliziert, da die Gewinnung reiner Elemente äußerst schwierig ist. Derzeit entfallen etwa 70 % der weltweiten Seltenerdproduktion auf China.

Seltene Erden gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sie spielen in vielen Bereichen eine wesentliche Rolle, von industriellen Anwendungen bis hin zu persönlichen Geräten wie Laptops oder Smartphones. Natürlich sind sie auch in Windkraftanlagen präsent.

„Wenn sich die Rotorblätter einer Windturbine drehen, erzeugen sie kinetische Energie. Ein Permanentmagnetgenerator wandelt diese kinetische Energie durch die Wechselwirkung zweier entgegengesetzt polarisierter Permanentmagnete in Elektrizität um“, schrieb Kristin Vekasi, außerordentliche Professorin an der University of Maine, in einer Studie aus dem Jahr 2022.

„Andere Magnete können diese Aufgabe zwar auch erfüllen, aber Permanentmagnete haben viele Vorteile, darunter eine höhere Effizienz, geringere Größe, weniger bewegliche Teile, die kaputtgehen können, und keine Notwendigkeit für externes Aufladen. Der Wind erledigt die ganze Arbeit“, erklärt sie.

In diesen Magneten selbst sind Seltenerdelemente vorhanden, meist Neodym oder Samarium. Dies sind die stärksten heute erhältlichen Magnete, aber nicht unzerstörbar. Sie können ihren Magnetismus durch Überhitzung, Korrosion, versehentliche Stöße oder Magnetfeldprobleme verlieren. Infolgedessen werden Windturbinen nahezu ununterbrochen saniert – alte Teile werden ersetzt, Komponenten wie Generatoren aufgerüstet und Seltenerdmagnete ausgetauscht.

Um dieses Problem zu lösen, startete das US-Energieministerium im vergangenen Jahr einen Wettbewerb zur Suche nach wirksamen Recyclinglösungen für Turbinenteile. Letzten Monat wurden die 20 Gewinnerteams der ersten Phase des Wettbewerbs bekannt gegeben, von denen sich vier auf das Recycling von Magneten konzentrierten.

Da die USA mehr in Windkraft investieren und Technologien auf Basis seltener Erden sich weiterentwickeln, wird das Recycling seltener Erden laut Christoffel zu einem immer dringlicheren Problem. „Diese Auszeichnung trägt dazu bei, einige Recyclingtechnologien zu fördern, die zu einer weniger ressourcen- und emissionsintensiven Nutzung von Magneten führen könnten“, sagte er.

Thu Thao (laut IFL Science )

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