Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию с помощью постоянных магнитов, которые чрезвычайно мощны, но содержат редкоземельные элементы, которые трудно добывать и перерабатывать.
Многие ветряные турбины оснащены постоянными магнитами, в которых используются редкоземельные элементы. Фото: Рабих Шаша
С точки зрения экологии ветряные турбины являются выгодным приобретением, сообщила IFL Science 3 марта. Срок их «окупаемости» — время, необходимое турбине для выработки достаточного количества чистой энергии, чтобы компенсировать загрязнение окружающей среды, вызванное ее производством, — составляет менее года. Они практически не загрязняют окружающую среду во время работы и очень эффективны: всего одна турбина способна ежемесячно обеспечивать электроэнергией около 940 среднестатистических американских домов.
Однако ветряные турбины трудно перерабатывать, включая содержащиеся в них редкоземельные компоненты. «Насколько нам известно, в настоящее время редкоземельные элементы из ветряных турбин практически не перерабатываются», — сказал Тайлер Кристоффель, главный технический директор Управления технологий ветроэнергетики Министерства энергетики США.
Эта статистика неудивительна. По оценкам экспертов, во всем мире перерабатывается менее 1% редкоземельных элементов, включая такие вещества, как церий, лантан, неодим. Редкоземельные элементы, как следует из названия, очень трудно найти в полезных количествах.
Обычно металлы концентрируются в земной коре в результате различных геологических процессов, таких как потоки лавы, гидротермальная активность и горообразование. Однако необычные химические свойства редкоземельных элементов означают, что они обычно не концентрируются вместе в этих особых условиях. Следы редкоземельных металлов разбросаны по всей планете, что делает их добычу неэффективной.
Иногда кислая подземная среда может немного увеличить количество редкоземельных элементов в определенных местах. Однако поиск этих мест — это только первая задача. Последующий процесс добычи также осложняется тем, что извлечение чистых элементов крайне затруднительно. В настоящее время на долю Китая приходится около 70% мирового производства редкоземельных металлов.
Редкоземельные элементы приобретают все большее значение. Они играют важную роль во многих областях: от промышленных приложений до персональных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны. Конечно, они также ощущаются в ветряных турбинах.
«Когда лопасти ветряных турбин вращаются, они генерируют кинетическую энергию. Генератор с постоянными магнитами преобразует эту кинетическую энергию в электричество посредством взаимодействия двух противоположно поляризованных постоянных магнитов», — написала в исследовании 2022 года Кристин Векаси, доцент Университета штата Мэн.
«Другие магниты могут выполнять эту работу, но у постоянных магнитов много преимуществ, включая более высокую эффективность, меньший размер, меньшее количество подвижных частей, которые могут сломаться, и отсутствие необходимости во внешней зарядке. Ветер делает всю работу», — объясняет она.
В самих магнитах присутствуют редкоземельные элементы, обычно неодим или самарий. Это самые сильные магниты, доступные сегодня, но они не неразрушимы. Они могут потерять свои магнитные свойства из-за перегрева, коррозии, случайного удара или проблем с магнитным полем. В результате модернизация ветряных турбин — замена старых деталей, модернизация таких компонентов, как генераторы, и замена редкоземельных магнитов — происходит практически непрерывно.
Для решения этой проблемы Министерство энергетики США в прошлом году объявило конкурс на поиск эффективных решений по переработке деталей турбин. В прошлом месяце были объявлены 20 команд-победителей первого этапа конкурса, четыре из которых сосредоточились на переработке магнитов.
По словам Кристоффеля, поскольку США все больше инвестируют в ветроэнергетику, а технологии на основе редкоземельных металлов продолжают развиваться, переработка редкоземельных металлов станет гораздо более актуальной проблемой. «Эта награда способствует продвижению некоторых технологий переработки, которые могут привести к менее ресурсоемкому и менее интенсивному по выбросам способу использования магнитов», — сказал он.
Тху Тао (по данным IFL Science )
Ссылка на источник
Комментарий (0)