풍력 터빈은 영구 자석을 사용하여 전기를 생산하는데, 영구 자석은 매우 강력하지만 채굴 및 재활용이 어려운 희토류 원소를 포함하고 있습니다.
많은 풍력 터빈에는 영구 자석이 장착되어 있으며, 일부는 희토류 원소를 사용합니다. 사진: 라비 샤샤
환경적인 관점에서 볼 때 풍력 터빈은 매우 경제적이라고 IFL Science는 3월 3일 보도했습니다. 풍력 터빈은 투자 회수 기간(발전 과정에서 발생하는 오염을 상쇄할 만큼 충분한 청정 에너지를 생산하는 데 걸리는 시간)이 1년도 채 되지 않습니다. 또한 가동 시 오염 물질을 거의 배출하지 않으며 효율도 매우 높습니다. 터빈 한 대로 미국 평균 가구 약 940곳에 매달 전력을 공급할 수 있습니다.
하지만 풍력 터빈은 내부에 있는 희토류 성분을 포함하여 재활용이 어렵습니다. 미국 에너지부 풍력에너지기술국 최고기술책임자인 타일러 크리스토펠은 "현재까지 우리가 아는 한, 풍력 터빈에서 희토류 원소가 재활용되는 경우는 거의 없습니다."라고 말했습니다.
이 통계는 놀라운 일이 아닙니다. 전문가들은 전 세계적으로 세륨, 란탄, 네오디뮴과 같은 희토류 원소의 재활용률이 1% 미만이라고 추정합니다. 이름에서 알 수 있듯이 희토류 원소는 유용한 양으로 찾기가 매우 어렵습니다.
일반적으로 금속은 용암류, 열수 활동, 산맥 형성 등 다양한 지질학적 과정으로 인해 지구 지각에 집중됩니다. 그러나 희토류 원소는 특이한 화학적 성질 때문에 이러한 특정 조건에서 한곳에 집중되지 않는 경우가 많습니다. 희토류는 지구 곳곳에 미량으로 흩어져 있어 채굴 효율이 낮습니다.
때때로 산성 지하 환경은 특정 지역에서 희토류 원소의 함량을 약간 증가시킬 수 있습니다. 그러나 이러한 지역을 찾는 것은 단지 첫 번째 과제일 뿐입니다. 순수한 희토류 원소를 분리하는 것이 매우 어렵기 때문에 후속 추출 과정 또한 복잡합니다. 현재 중국은 전 세계 희토류 생산량의 약 70%를 차지하고 있습니다.
희토류 원소는 점점 더 중요해지고 있습니다. 산업 분야부터 노트북, 스마트폰과 같은 개인용 기기에 이르기까지 다양한 분야에서 필수적인 역할을 합니다. 물론 풍력 터빈에도 사용됩니다.
"풍력 터빈 날개가 회전하면서 운동 에너지를 생성합니다. 영구 자석 발전기는 서로 반대 방향으로 극성을 띤 두 개의 영구 자석의 상호 작용을 통해 이 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다."라고 메인 대학교의 크리스틴 베카시 부교수는 2022년 연구에서 밝혔습니다.
"다른 자석들도 같은 역할을 할 수 있지만, 영구 자석은 효율이 높고 크기가 작으며 고장 날 수 있는 움직이는 부품이 적고 외부 충전이 필요 없다는 등의 여러 장점이 있습니다. 바람이 그 역할을 해낼 겁니다."라고 그녀는 설명했다.
이러한 자석에는 네오디뮴이나 사마륨과 같은 희토류 원소가 함유되어 있습니다. 이들은 현재 사용 가능한 가장 강력한 자석이지만, 영구적인 것은 아닙니다. 과열, 부식, 충격 또는 자기장 문제로 인해 자성을 잃을 수 있습니다. 따라서 풍력 터빈을 재정비하는 과정, 즉 오래된 부품을 교체하고, 발전기와 같은 부품을 업그레이드하고, 희토류 자석을 교체하는 작업은 거의 끊임없이 진행됩니다.
이 문제를 해결하기 위해 미국 에너지부는 지난해 터빈 부품의 효과적인 재활용 방안을 찾기 위한 공모전을 시작했습니다. 지난달에는 공모전 1단계에서 우승한 20개 팀이 발표되었는데, 그중 4개 팀은 자석 재활용에 집중했습니다.
크리스토펠에 따르면, 미국이 풍력 발전에 대한 투자를 늘리고 희토류 기반 기술이 계속 발전함에 따라 희토류 재활용은 훨씬 더 시급한 문제가 될 것입니다. 그는 "이번 수상은 자원 효율이 높고 배출량이 적은 자석 사용 방식을 가능하게 하는 여러 재활용 기술을 발전시키는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다.
투 타오 ( IFL 과학 에 따르면)
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