風力タービンは永久磁石を使って発電します。永久磁石は非常に強力ですが、採掘やリサイクルが難しい希土類元素を含んでいます。
多くの風力タービンには希土類元素を使用した永久磁石が装備されています。写真:ラビ・シャシャ
環境面では、風力タービンはお買い得だとIFLサイエンスは3月3日に報じた。タービンの「投資回収期間」、つまりタービンが生産時に発生する汚染を相殺するのに十分なクリーンエネルギーを供給するのにかかる期間は1年未満だ。稼働中に汚染物質をほとんど排出せず、また非常に効率的で、タービン 1 基だけで毎月アメリカの平均的な家庭約 940 軒に電力を供給できます。
しかし、風力タービンは、内部の希土類元素を含む部品も含めてリサイクルが困難です。 「現在、我々の知る限り、風力タービンから出る希土類元素は実質的にはリサイクルされていない」と、米国エネルギー省風力エネルギー技術局の最高技術責任者、タイラー・クリストッフェル氏は述べた。
この統計は驚くべきものではありません。専門家は、セリウム、ランタン、ネオジムなどの物質を含む希土類元素の1％未満しかリサイクルされていないと推定しています。希土類元素は、その名前が示すように、有用な量を見つけるのが非常に困難です。
通常、金属は溶岩流、熱水活動、山脈の形成など、さまざまな地質学的プロセスによって地殻に集中します。しかし、希土類元素の異常な化学的性質により、通常、これらの特殊な条件下では希土類元素は濃縮されません。希土類元素の痕跡は地球上に散らばっており、採掘は非効率的です。
場合によっては、酸性の地下環境により、特定の場所では希土類元素の量がわずかに増加することがあります。ただし、これらの場所を見つけることは最初の課題にすぎません。純粋な元素の抽出は極めて難しいため、その後の採掘プロセスも複雑になります。現在、中国は世界の希土類生産量の約70％を占めています。
希土類元素はますます重要になってきています。産業用アプリケーションからノートパソコンやスマートフォンなどの個人用デバイスまで、多くの分野で重要な役割を果たしています。もちろん、風力タービンでもその存在感を発揮します。
「風力タービンのブレードが回転すると、運動エネルギーが発生します。永久磁石発電機は、2つの反対極性の永久磁石の相互作用を通じて、この運動エネルギーを電気に変換します」と、メイン大学のクリスティン・ベカシ准教授は2022年の研究論文に記しています。
「他の磁石でも同じ働きはしますが、永久磁石には多くの利点があります。効率が高く、サイズが小さく、壊れやすい可動部品が少なく、外部からの充電も不要です。風がすべてを担ってくれるのです」と彼女は説明する。
これらの磁石自体には希土類元素（通常はネオジムまたはサマリウム）が含まれています。これらは現在入手可能な最も強力な磁石ですが、壊れないわけではありません。過熱、腐食、偶発的な衝撃、磁場の問題などにより、磁性を失う可能性があります。その結果、風力タービンの改修（古い部品の交換、発電機などのコンポーネントのアップグレード、希土類磁石の交換）はほぼ継続的に行われています。
この問題に対処するため、米国エネルギー省は昨年、タービン部品の効果的なリサイクル方法を見つけるためのコンペを開始した。先月、コンテスト第1フェーズの優勝チーム20チームが発表され、そのうち4チームは磁石のリサイクルに焦点を当てていました。
クリストフェル氏によると、米国が風力発電への投資を増やし、希土類ベースの技術が発展し続けるにつれて、希土類のリサイクルはより差し迫った問題になるだろう。 「この賞は、資源集約度と排出量の少ない磁石の使用方法につながるリサイクル技術の促進に役立つだろう」と彼は語った。
Thu Thao （ IFL Scienceによると）
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