Καινοτόμες μεθόδοι ανακύκλωσης γιγάντιων μαγνητών στις ανεμογεννήτριες

Αυτή η ιστορία δημοσιεύτηκε αρχικά από

Αλεσμα

. Εγγραφείτε στο Grist’s

εβδομαδιαίο ενημερωτικό δελτίο εδώ

.

Κάθε χρόνο, ανεμογεννήτριες αξίας εκατοντάδων έως χιλιάδων μεγαβάτ σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες ανανεώνονται. Αυτές οι παλιές τουρμπίνες έχουν αντικαταστήσει τους ρότορες τους, τα πτερύγια τους αντικαθίστανται και βασικά εξαρτήματα όπως η γεννήτρια έχουν αναβαθμιστεί προκειμένου να ενισχυθεί η ικανότητα των μηχανών να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από τον άνεμο. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως “repowering”. Μεταξύ των εξαρτημάτων που μερικές φορές αντικαθίστανται περιλαμβάνονται μαγνήτες κατασκευασμένοι με στοιχεία σπάνιων γαιών όπως το νεοδύμιο και το δυσπρόσιο, τα οποία παίζουν επίσης ουσιαστικούς ρόλους σε smartphone, φορητούς υπολογιστές και κινητήρες ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Το ευρύ φάσμα εφαρμογών για ορυκτά σπάνιων γαιών μεταφράζεται σε πολλούς πιθανούς τρόπους επαναχρησιμοποίησης των συστατικών από χρησιμοποιημένους μαγνήτες ανεμογεννητριών. Αλλά σήμερα, οι περισσότεροι από αυτούς τους μαγνήτες καταλήγουν σε χωματερές. Υπολογίζεται ότι λιγότερο από

1 τοις εκατό των σπάνιων γαιών

ανακυκλώνονται παγκοσμίως—από ανεμογεννήτριες,

νεκρούς σκληρούς δίσκους

και όλα τα άλλα.

Η κυβέρνηση των ΗΠΑ, φοβούμενη α

μελλοντική κρίση στην προσφορά σπάνιων γαιών

που θα μπορούσε να εμποδίσει την ενεργειακή μετάβαση, θέλει να το αλλάξει αυτό. Τον Ιανουάριο, το Υπουργείο Ενέργειας, ή DOE,

ανακοίνωσε 20 νικητές

της πρώτης φάσης του «Βραβείου Ανακύκλωσης Υλικών Ανεμογεννητριών» 5,1 εκατομμυρίων δολαρίων. Χρηματοδοτούμενο από τον δικομματικό νόμο για τις υποδομές του 2021, το βραβείο επιδιώκει να αναπτύξει «μια οικονομικά αποδοτική και βιώσιμη βιομηχανία ανακύκλωσης» για εξαρτήματα ανεμογεννητριών που δεν ανακυκλώνονται εμπορικά σήμερα.

συμπεριλαμβανομένων των πτερυγίων ανεμογεννητριών

και οι υπερμεγέθεις μαγνήτες μέσα σε μερικές γεννήτριες. Κάθε μία από τις νικήτριες ομάδες λαμβάνει ένα χρηματικό έπαθλο 75.000 $ για να βοηθήσει στην προώθηση της ιδέας της ανακύκλωσης. Εάν τα αρχικά αποτελέσματα μιας ομάδας είναι πολλά υποσχόμενα, μπορεί να κερδίσει επιπλέον μισό εκατομμύριο δολάρια σε μετρητά, καθώς και ένα κουπόνι 100.000 $ για τεχνική βοήθεια από ένα εθνικό εργαστήριο DOE.

Ο τελικός στόχος, είπε ο Tyler Christoffel, διευθυντής τεχνολογίας στο Γραφείο Τεχνολογιών Αιολικής Ενέργειας του DOE, είναι να φέρει τις υποσχόμενες ιδέες ανακύκλωσης πιο κοντά στην εμπορευματοποίηση «σε ένα χρονοδιάγραμμα που θα επηρεάσει την ανάπτυξη καθαρής ενέργειας και τους στόχους μας για την απεξάρτηση από άνθρακα».

Οι μαγνήτες σπάνιων γαιών είναι οι ισχυρότεροι εμπορικοί μαγνήτες που υπάρχουν σήμερα. Έχουν μια ποικιλία χρήσεων, συμπεριλαμβανομένων των κινητήρων ηλεκτρικών οχημάτων και αρκετών τύπων γεννητριών ανεμογεννητριών. Παρά τη σημασία τους για την καθαρή ενέργεια, η εξόρυξη και η διύλιση στοιχείων σπάνιων γαιών είναι

οτιδήποτε άλλο εκτός από πράσινο

. Πρέπει να μετακινηθούν μεγάλοι όγκοι γης για να σκάψουν αυτά τα μέταλλα και

χρειάζονται σκληρά χημικά

να συγκεντρωθούν και να τα χωρίσουν. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξόρυξης σπάνιων γαιών, σε συνδυασμό με την προσδοκία ότι

παγκόσμια ζήτηση για ορυκτά σπάνιων γαιών

θα εκτοξευθεί στα ύψη τις επόμενες δεκαετίες, υποδηλώνει ότι θα πρέπει να κάνουμε ό,τι είναι δυνατόν για να ανακυκλώσουμε σπάνιες γαίες από παλιά τεχνολογία, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξανά. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι γεννήτριες μέσα στις ανεμογεννήτριες μπορούν να περιέχουν

εκατοντάδες λίρες

των μετάλλων των σπάνιων γαιών, φαίνεται ότι η αιολική βιομηχανία

δεν είναι

παράλογο να ξεκινήσει την ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών το συντομότερο δυνατό.

Αλλά δεν συμβαίνει αυτό.

«Αυτή τη στιγμή, απ’ ό,τι καταλαβαίνουμε, ουσιαστικά δεν ανακυκλώνονται στοιχεία σπάνιων γαιών από τον άνεμο», είπε ο Christoffel στον Grist, αναφέροντας την ανωριμότητα της τεχνολογίας ανακύκλωσης σπάνιων γαιών, τις οικονομικές προκλήσεις που έρχονται με την κλιμάκωση των νέων διαδικασιών ανακύκλωσης και την περιορισμένη ποσότητα χρησιμοποιημένοι μαγνήτες τουρμπίνας που χρειάζονται ανακύκλωση σήμερα. Καθώς οι ΗΠΑ συνεχίζουν να επεκτείνουν τον στόλο αιολικής τους ξηράς και να μετακινούνται στις υπεράκτιες περιοχές, όπου

ευνοούνται οι γεννήτριες έντασης σπάνιων γαιών

η έλλειψη επιλογών ανακύκλωσης μαγνητών θα «γίνει πολύ πιο πιεστικό ζήτημα», είπε.

Το DOE ελπίζει να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα μέσω του νέου του βραβείου ανακύκλωσης.

Από τις 20 ομάδες που κέρδισαν μια αρχική δόση του χρηματικού έπαθλου τον περασμένο μήνα, οι τέσσερις επικεντρώνονται ρητά στην ανακύκλωση μαγνητών. Ο Christoffel είπε ότι αυτές οι ομάδες επιλέχθηκαν επειδή οι λύσεις ανακύκλωσής τους φαίνονταν πρωτότυπες και ελπιδοφόρες και επειδή έδειξαν ότι ήταν «ικανές να προωθήσουν τις τεχνολογίες στην εμπορευματοποίηση». Επιπλέον, οι περισσότερες από αυτές τις ομάδες πρότειναν καθαρότερες και λιγότερο ενεργοβόρες εναλλακτικές σε σχέση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις ανακύκλωσης μετάλλων.

«Αυτό που πραγματικά βοηθάει αυτό το βραβείο είναι να προωθηθούν ορισμένες από αυτές τις τεχνολογίες ανακύκλωσης που μπορούν να προσφέρουν χαμηλότερες εκπομπές ρύπων και χρήση χαμηλότερων πόρων [path] σε έναν μαγνήτη», είπε ο Κριστόφελ.

Για παράδειγμα, σε μια διαδικασία για την ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών που είναι

έχει μελετηθεί προηγουμένως

, τα απορρίμματα μαγνήτη τοποθετούνται σε κλίβανο σε υψηλές θερμοκρασίες και εκτίθενται σε αέριο υδρογόνο για την εξ

αγωγή

των μετάλλων. Εάν τα θραύσματα έχουν υποστεί μεγάλη διάβρωση ή

οξειδώθηκε

ονομάζεται ένα πρόσθετο βήμα έντασης εκπομπών

ηλεκτρόλυση λιωμένου άλατος

μπορεί να χρειαστεί να μετατραπούν αυτά τα στοιχεία ξανά σε μεταλλική μορφή. Μια βραβευμένη ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα πρωτοπορεί σε μια νέα προσέγγιση που βασίζεται σε χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν υδρογόνο και μαγνήσιο σε υψηλές θερμοκρασίες για να διαχωρίσει το νεοδύμιο από τα υπολείμματα μαγνήτη και να το μετατρέψει ξανά σε μέταλλο υψηλής καθαρότητας. Με αυτή τη διαδικασία, οι ανακυκλωτές είναι σε θέση να παρακάμψουν την ηλεκτρόλυση τετηγμένου αλατιού, μειώνοντας σημαντικά τόσο τις εκπομπές άνθρακα όσο και τη χρήση ενέργειας.

«Έχουμε δείξει την αντίδραση, την ιδέα, τα έργα» σε πολύ μικρή κλίμακα, επικεφαλής έργου

Zhigang Fang

,

ένας

μεταλλουργός στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, είπε στον Grist. Τους επόμενους έξι μήνες, η ομάδα σχεδιάζει να «κλιμακώσει σε μεγαλύτερη ποσότητα, ώστε να μπορούμε να αποδείξουμε … ότι πρόκειται για μια ισχυρή διαδικασία που έχει τη δυνατότητα να κλιμακωθεί σε κλίμακα παραγωγής».

Σε μια άλλη δημοφιλή προσέγγιση ανακύκλωσης μετάλλων, την υδρομεταλλουργία, οι ανακυκλωτές χρησιμοποιούν συχνά ισχυρά οξέα για να εξάγουν μέταλλα από σκραπ. Ο νικητής της πρώτης φάσης του βραβείου Critical Materials

Recycling

, Inc. ακολουθεί μια πιο πράσινη τροπή σε αυτήν την προσέγγιση με

ανακύκλωση διάλυσης χωρίς οξύ

μια μέθοδος που αναπτύχθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Ames κατά την οποία οι σπάνιες γαίες εξάγονται από μαγνήτες χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα με βάση το νερό.

Η μητρική εταιρεία της Critical Materials Recycling,

TdVib

,

υπέγραψε σύμβαση αδειοδότησης

για την τεχνολογία το 2021 και βρίσκεται στη διαδικασία ανάπτυξης μιας πιλοτικής μονάδας που τη χρησιμοποιεί για την ανακύκλωση σπάνιων γαιών από ηλεκτρονικά απόβλητα. Με την υποστήριξη της DOE, η Critical Materials Recycling θα διερευνήσει τώρα τα logistics και τα οικονομικά της δημιουργίας μιας εγχώριας βιομηχανίας ανακύκλωσης μαγνητών ανεμογεννητριών. Τελικά, με πρόσθετη χρηματοδότηση, η εταιρεία ελπίζει να ξεκινήσει πραγματικά την ανακύκλωση μαγνητών από τουρμπίνες σε πιλοτική κλίμακα χρησιμοποιώντας την τεχνολογία της.

Η συνεργασία με την αιολική βιομηχανία «έμοιαζε με φυσικό τρόπο» για την ανακύκλωση κρίσιμων υλικών, Διευθύνων Σύμβουλος της εταιρείας

Ντάνιελ Μπίνα

είπε ο Γκριστ. Ο Μπίνα σημείωσε ότι η Αϊόβα, όπου είναι η έδρα της εταιρείας, είναι η

δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός αιολικής ενέργειας

στο έθνος. «Πρέπει προφανώς να συνεργαζόμαστε με αυτούς τους ανθρώπους στην αυλή μας για να ανακτήσουμε σπάνιες γαίες από υλικά που έχουμε εδώ», είπε.

Με την πρώτη φάση του διαγωνισμού να έχει ολοκληρωθεί, οι ομάδες εργάζονται τώρα για τη δική τους

υποβολές δεύτερης φάσης

, τα οποία περιλαμβάνουν μια πρωτότυπη επίδειξη της τεχνολογίας τους και ένα λεπτομερές σχέδιο για την περαιτέρω κλιμάκωση της. Έως και έξι ομάδες θα είναι επιλέξιμες για να κερδίσουν έπαθλα 500.000 $ στη δεύτερη φάση, τα οποία η DOE αναμένει να ανακοινώσει στα τέλη του καλοκαιριού ή στις αρχές του φθινοπώρου, είπε ο Christoffel.

Ενώ ο ίδιος ο διαγωνισμός βραβείων δεν θα οδηγήσει σε μια ολοκαίνουργια βιομηχανία ανακύκλωσης, η DOE ελπίζει να παράγει μια σειρά τεχνολογιών που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως το θεμέλιο για την εμπορική ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών από ανεμογεννήτριες. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ανεμογεννητριών που έχουν φτάσει στο τέλος του εκτιμώμενου

30 χρόνια διάρκεια ζωής

. Αυτό όμως θα αλλάξει τις επόμενες δεκαετίες. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν μερικοί μαγνήτες που θα μπορούσαν να ανακυκλωθούν από τουρμπίνες μετά την επανατροφοδότηση, καθώς και πρόσθετο σκραπ που παράγεται κατά την κατασκευή μαγνητών.

«Ας ελπίσουμε ότι αυτού του είδους ο διαγωνισμός θα δώσει περισσότερη προσοχή» στο γεγονός ότι υπάρχουν τρόποι για την ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών από ανεμογεννήτριες, είπε η Linda Wang, η οποία ηγείται μιας άλλης βραβευμένης ομάδας στο Πανεπιστήμιο Purdue που αναπτύσσει μια χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. , διαδικασία ανακύκλωσης σπάνιων γαιών με υδρογόνο. «Έχουμε την τεχνολογία. … Οι εταιρείες που κατέχουν τις ανεμογεννήτριες θα πρέπει να κάνουν κάποιο μακροπρόθεσμο σχεδιασμό για τη συλλογή τους, αντί για το πλοίο[ping] τους σε χωματερές».

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε αρχικά στο

Αλεσμα

στο

https://grist.org/energy/how-to-recycle-the-giant-magnets-inside-wind-turbines-these-scientists-have-a-few-ideas/

.

Το Grist είναι ένας μη κερδοσκοπικός, ανεξάρτητος οργανισμός μέσων ενημέρωσης αφιερωμένος στην αφήγηση ιστοριών για κλιματικές λύσεις και ένα δίκαιο μέλλον. Μάθετε περισσότερα στο

Grist.org