لماذا تحتاج توربينات الرياح إلى استخدام العناصر الأرضية النادرة؟

[إعلان 1]

تولد توربينات الرياح الكهرباء باستخدام مغناطيسات دائمة، وهي قوية للغاية ولكنها تحتوي على معادن نادرة يصعب استخراجها وإعادة تدويرها.

غالبًا ما تُجهَّز توربينات الرياح بمغناطيسات دائمة، تستخدم معادن أرضية نادرة. الصورة: ربيع شاشا — العديد من توربينات الرياح مُجهّزة بمغناطيسات دائمة، تستخدم معادن أرضية نادرة. تصوير: *ربيع شاشا*

من الناحية البيئية، تُعدّ توربينات الرياح صفقة رابحة، وفقًا لما ذكرته IFL Science في 3 مارس. تتميز هذه التوربينات بفترة استرداد - وهي الفترة التي تستغرقها التوربينات لإنتاج طاقة نظيفة كافية لتعويض التلوث الناتج عن إنتاجها - لا تتجاوز عامًا. فهي لا تُنتج أي تلوث تقريبًا أثناء تشغيلها، كما أنها تتميز بكفاءتها العالية، حيث يكفي توربين واحد فقط لتزويد حوالي 940 منزلًا أمريكيًا متوسطًا بالطاقة شهريًا.

ومع ذلك، من المعروف أن إعادة تدوير توربينات الرياح أمرٌ صعب، بما في ذلك العناصر الأرضية النادرة الموجودة بداخلها. وصرح تايلر كريستوفيل، كبير مسؤولي التكنولوجيا في مكتب تقنيات طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، قائلاً: "في الوقت الحالي، وعلى حد علمنا، لا يُعاد تدوير أي عناصر أرضية نادرة من توربينات الرياح تقريبًا".

هذه الإحصائية ليست مفاجئة. عالميًا ، يُقدّر الخبراء أن أقل من 1% من العناصر الأرضية النادرة - مواد مثل السيريوم واللانثانوم والنيوديميوم - يُعاد تدويرها. وكما يوحي اسمها، يصعب جدًا العثور على العناصر الأرضية النادرة بكميات مفيدة.

عادةً ما تتراكم المعادن في قشرة الأرض نتيجةً لعمليات جيولوجية متنوعة، مثل تدفقات الحمم البركانية، والنشاط الحراري المائي، وتكوين الجبال. إلا أن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تجعلها لا تتراكم عادةً معًا في ظل هذه الظروف الخاصة. وتنتشر آثار هذه العناصر في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل استخلاصها غير فعال.

أحيانًا، قد تُنتج البيئات الجوفية الحمضية مستويات أعلى قليلًا من العناصر الأرضية النادرة في مواقع معينة. ومع ذلك، فإن العثور على هذه المواقع ليس سوى التحدي الأول. ثم يُعقّد التعدين صعوبة استخراج العناصر النقية. تُمثّل الصين حاليًا حوالي 70% من إنتاج العناصر الأرضية النادرة في العالم.

تتزايد أهمية العناصر الأرضية النادرة. فهي تلعب دورًا حيويًا في كل شيء، بدءًا من التطبيقات الصناعية ووصولًا إلى الأجهزة الشخصية كالحواسيب المحمولة والهواتف الذكية. وبالطبع، فهي موجودة أيضًا في توربينات الرياح.

كتبت كريستين فيكاسي، الأستاذة المشاركة في جامعة مين، في دراسة أجريت عام ٢٠٢٢: "عندما تدور شفرات توربينات الرياح، فإنها تُولّد طاقة حركية. يُحوّل مولد مغناطيسي دائم هذه الطاقة الحركية إلى كهرباء من خلال تفاعل مغناطيسين دائمين متعاكسي الاستقطاب".

تشرح قائلةً: "يمكن للمغناطيسات الأخرى القيام بهذه المهمة، لكن المغناطيسات الدائمة تتميز بمزايا عديدة، منها كفاءتها العالية، وحجمها الأصغر، وقلة أجزائها المتحركة القابلة للكسر، وعدم الحاجة إلى شحن خارجي. فالرياح تقوم بكل العمل".

تحتوي هذه المغناطيسات نفسها على عناصر أرضية نادرة، عادةً ما تكون من النيوديميوم أو الساماريوم. تُعد هذه المغناطيسات أقوى المغناطيسات المتاحة، لكنها ليست غير قابلة للتدمير. فقد تفقد مغناطيسيتها نتيجة ارتفاع درجة الحرارة، أو التآكل، أو الاصطدام العرضي، أو مشاكل المجال المغناطيسي. ونتيجةً لذلك، فإن تجديد توربينات الرياح - استبدال المكونات القديمة، وتحديث مكونات مثل المولدات، واستبدال مغناطيسات الأرض النادرة - عملية شبه مستمرة.

لمعالجة هذه المشكلة، أطلقت وزارة الطاقة الأمريكية مسابقة العام الماضي لإيجاد طرق فعّالة لإعادة تدوير مكونات التوربينات. وفي الشهر الماضي، أُعلن عن الفائزين العشرين في المرحلة الأولى من المسابقة، أربعة منهم ركّزوا على إعادة تدوير المغناطيسات.

مع ازدياد استثمار الولايات المتحدة في طاقة الرياح واستمرار تطوير تقنيات العناصر الأرضية النادرة، قال كريستوفيل إن إعادة تدوير العناصر الأرضية النادرة ستصبح قضيةً أكثر إلحاحًا. وأضاف: "تساعد هذه الجائزة في تعزيز بعض تقنيات إعادة التدوير التي قد تؤدي إلى استخدام أقل كثافةً للموارد وأقل انبعاثاتٍ لاستخدام المغناطيس".

ثو ثاو (وفقًا لـ IFL Science )

[إعلان 2]
رابط المصدر