なぜ風力タービンには希土類元素を使う必要があるのでしょうか?

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風力タービンは永久磁石を使用して電気を生成しますが、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。

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ることが多いです。写真: ラビ・シャシャ — 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「回収」期間（タービンの生産によって発生した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時間）は 1 年未満です。稼働中に汚染物質をほとんど排出せず、効率も非常に高く、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、内部の希土類元素の部品も含めてリサイクルが難しい。「現在、我々の知る限り、風力タービンからの希土類元素は実質的に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うち、世界中でリサイクルされるのは1％未満であると推定している。希土類元素は、その名前が示すように、有用な量で見つけるのは非常に困難です。

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り地殻に集中します。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一緒に濃縮されません。希土類元素の痕跡は地球全体に散らばっており、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。しかし、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。純粋な元素の抽出が極めて難しいため、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年の研究で書いています。

「他の磁石でも同じ働きはできますが、永久磁石には、効率が高く、サイズが小さく、壊れる可能性のある可動部品が少なく、外部充電が不要であるなど、多くの利点があります。風がすべての働きをします」と彼女は説明します。

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、または磁場の問題により、磁性が失われることがあります。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）がほぼ継続的に行われるようになりました。

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チームが発表されたが、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、資源消費量や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)

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