ทำไมกังหันลมจึงจำเป็นต้องใช้แร่ธาตุหายาก?

กังหันลมผลิตไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็กถาวรซึ่งมีพลังสูงมากแต่มีธาตุหายากซึ่งยากต่อการขุดและรีไซเคิล

กังหันลมมักติดตั้งแม่เหล็กถาวรซึ่งใช้ธาตุหายาก ภาพโดย : รบีห์ ชาชา — กังหันลมจำนวนมากติดตั้งแม่เหล็กถาวรซึ่งใช้ธาตุหายาก ภาพโดย : *รบีห์ ชาชา*

ในด้านสิ่งแวดล้อม กังหันลมถือเป็นสินค้าราคาประหยัด IFL Science รายงานเมื่อวันที่ 3 มีนาคม กังหันมีระยะเวลาคืนทุน ซึ่งก็คือระยะเวลาที่กังหันจะต้องผลิตพลังงานสะอาดเพียงพอที่จะชดเชยมลพิษที่เกิดจากการผลิต โดยระยะเวลาดังกล่าวน้อยกว่าหนึ่งปี กังหันเหล่านี้แทบจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษในระหว่างการใช้งานและยังมีประสิทธิภาพมาก โดยเพียงกังหันหนึ่งตัวก็สามารถผลิตไฟฟ้าให้บ้านเรือนในอเมริกาเฉลี่ยได้ประมาณ 940 หลังต่อเดือน

อย่างไรก็ตาม กังหันลมรีไซเคิลได้ยาก รวมถึงส่วนประกอบธาตุหายากภายในด้วย “ปัจจุบัน เท่าที่เรารู้ แทบจะไม่มีธาตุหายากจากกังหันลมที่ได้รับการรีไซเคิลเลย” ไทเลอร์ คริสตอฟเฟิล ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของสำนักงานเทคโนโลยีพลังงานลม กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ กล่าว

สถิติเหล่านี้ไม่น่าแปลกใจ ผู้เชี่ยวชาญทั่วโลกประเมินว่าธาตุหายากเพียงไม่ถึง 1% ที่ถูกนำไปรีไซเคิล ซึ่งรวมถึงสารต่างๆ เช่น ซีเรียม แลนทานัม นีโอดิเมียม ธาตุหายากตามชื่อก็บ่งบอกอยู่แล้วว่าสามารถค้นพบได้ในปริมาณที่มีประโยชน์ยากมาก

โดยทั่วไป โลหะจะกระจุกตัวอยู่ในเปลือกโลกเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมความร้อนใต้พิภพ และการก่อตัวของภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่ธรรมดาของธาตุหายากหมายความว่าธาตุเหล่านี้มักจะไม่รวมตัวกันภายใต้เงื่อนไขพิเศษเหล่านี้ ร่องรอยของแร่ธาตุหายากกระจายอยู่ทั่วทั้งดาวเคราะห์ ทำให้การขุดแร่ไม่มีประสิทธิภาพ

บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่มีกรดอาจทำให้ปริมาณธาตุหายากในสถานที่บางแห่งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การค้นหาสถานที่เหล่านี้เป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น กระบวนการขุดในขั้นตอนต่อไปก็ซับซ้อนเช่นกัน เนื่องจากการสกัดธาตุบริสุทธิ์นั้นยากมาก ในปัจจุบันประเทศจีนมีส่วนแบ่งการผลิตแร่ธาตุหายากประมาณร้อยละ 70 ของโลก

ธาตุหายากกำลังมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้น มีบทบาทสำคัญในหลายสาขาตั้งแต่แอปพลิเคชันในอุตสาหกรรมไปจนถึงอุปกรณ์ส่วนบุคคลเช่นแล็ปท็อปหรือสมาร์ทโฟน แน่นอนว่าพวกมันยังปรากฏตัวอยู่ในกังหันลมด้วย

“เมื่อใบพัดกังหันลมหมุน ใบพัดจะผลิตพลังงานจลน์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรจะแปลงพลังงานจลน์นี้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กถาวรสองอันที่มีขั้วตรงข้าม” คริสติน เวกาซี รองศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเมน เขียนไว้ในการศึกษาวิจัยเมื่อปี 2022

“แม่เหล็กชนิดอื่นก็ทำหน้าที่นี้ได้ แต่แม่เหล็กถาวรมีข้อดีหลายประการ เช่น มีประสิทธิภาพสูงกว่า มีขนาดเล็กกว่า มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวที่อาจแตกหักได้น้อยกว่า และไม่จำเป็นต้องชาร์จจากภายนอก ลมทำหน้าที่นี้เอง” เธออธิบาย

ธาตุหายากมีอยู่ในแม่เหล็กเหล่านี้เอง โดยทั่วไปเป็นนีโอไดเมียมหรือซาแมเรียม นี่คือแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะทำลายไม่ได้ อาจสูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็กได้เนื่องจากความร้อนสูงเกินไป การกัดกร่อน การกระแทกโดยบังเอิญ หรือปัญหาด้านสนามแม่เหล็ก เป็นผลให้การซ่อมแซมกังหันลมดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนชิ้นส่วนเก่า การอัปเกรดส่วนประกอบ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการเปลี่ยนแม่เหล็กหายาก

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ได้จัดการแข่งขันเพื่อค้นหาวิธีการรีไซเคิลชิ้นส่วนกังหันที่มีประสิทธิผลเมื่อปีที่แล้ว เมื่อเดือนที่แล้ว รายชื่อผู้ชนะ 20 ทีมจากการแข่งขันรอบแรกได้รับการประกาศ โดย 4 ทีมเน้นที่แม่เหล็กรีไซเคิล

ในขณะที่สหรัฐอเมริกาลงทุนด้านพลังงานลมเพิ่มมากขึ้นและเทคโนโลยีที่ใช้ธาตุหายากยังคงพัฒนาต่อไป การรีไซเคิลธาตุหายากจะกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนมากขึ้น ตามที่ Christoffel กล่าว “รางวัลนี้จะช่วยส่งเสริมเทคโนโลยีการรีไซเคิลบางอย่างที่อาจนำไปสู่การใช้งานแม่เหล็กที่ใช้ทรัพยากรน้อยลงและปล่อยมลพิษน้อยลง” เขากล่าว

ทูเทา (ตามหลัก วิทยาศาสตร์ IFL )

ลิงค์ที่มา