风力涡轮机中稀土元素开采和回收的公正和可持续解决方案

2022年12月12日下午12:03
中国新疆的一个稀土矿。Peter Chou Kee Liu/Flickr
查理·霍夫
前施耐德可持续能源研究员

我们正顺风顺水,驶向清洁能源的未来。风能是目前最重要的最大美国的可再生能源,而且该行业正在快速发展。风能公司有一个坚定的承诺,以确保可持续的,负责任的生命周期的涡轮机和进展实现供应链的全循环。要了解供应链是什么样的,请查看风力涡轮机是如何制造的,并深入研究风力涡轮机叶片,读。风力涡轮机叶片在其生命周期结束时会发生什么?

风力涡轮机的一个组成部分,我还没有探索,是小而强大的稀土元素。稀土元素是风力涡轮机的重要组成部分永久磁铁,位于叶片中心的电气箱(称为机舱)。永磁体主要用于增加发电量和减少大型海上风力涡轮机的维护。目前,76%的海上风力涡轮机和32%的陆基风力涡轮机使用稀土永磁体

风力应用中最常见的磁体类型是钕铁硼磁体(钕铁硼).这些磁铁通常含有四种稀土元素:钕和镨增强磁铁,而镝和铽使其在高温下抗退磁。世界银行预测,对用于能源技术的钕到2050年,将占2018年钕总产量的37%。据估计,到2050年,全球风力涡轮机对钕的需求将增加48%。稀土元素对可再生能源的未来至关重要,是主要的“能源”。关键金属用于风力涡轮机。采购他们还涉及社会和环境供应链问题。

让我们深入探讨,然后探索确保风力发电机稀土元素循环供应链的解决方案。

但首先,先来点化学反应!

总的来说,稀土元素包括元素周期表中的17种元素。众所周知,他们的名字是a用词不当.它们并不“稀有”;他们是多如以铜的形式存在于地球中但它们很少聚集在一起以方便提取,即使它们聚集在一起,也往往高度集中在一个地方。

没有稀土元素,我们的现代科技世界就无法运转。虽然数量极少,但它们就像炼金术中的超级英雄,为我们数字生活中几乎所有设备提供燃料。在深入研究可再生能源应用之前,有些人有趣的事实

  • 17种稀土元素中有4种是在瑞典的Ytterby发现的。那地方真棒!
  • 钷。你能猜出它的名字吗?希腊巨人普罗米修斯,他给人类带来了火它被用来制造夜光漆。
  • “镝”这个名字的意思是“很难得到”。这个元素的约会应用程序的生物写自己!
  • 稀土元素中有12种用于激光技术。
二十面体形状的钕磁铁。
二十面体形状的钕磁铁。来源:Clarence Risher/Wikimedia Commons

开采稀土元素

稀土元素帮助风能产业的齿轮转动。然而,大量开采稀土元素具有挑战性,世界需要更多来满足日益增长的需求。根据2020年联合研究中心的数据报告假设到2050年实现100%的可再生能源,随着其他部门对稀土元素的需求不断增加,技术只有微小的改进,2030年的铽需求可能略微超过预计供应,镨需求可能达到供应的175%以上,钕和镝需求可能超过预期供应的250%。

开采稀土元素还可能对人类和环境健康构成严重威胁。通过稀土元素开采开采出的氟化物和砷会导致出生率降低,并引起氟骨症等疾病,导致骨骼结构变形。在内蒙古包头市,一个拥有数百万人口的城市,每7个包头居民中就有1个拥有癌症.一种大型稀土元素浪费湖离市中心有二十分钟的路程。

2010年,中国还在生产95%的稀土元素但自2016年以来,稀土元素开采已减少至占世界产量的60%今天15%的稀土元素在美国生产,9%在缅甸生产,在那里,采矿尤其不受监管,非法采矿自2021年军事政变以来,这一数字一直在增加。克钦的环保组织估计,在Pangwa和Chipwe乡有超过100个稀土矿,由缅甸军方下属的民兵拥有。来自煤矿的放射性废料污染了附近几十个村庄的土壤和水道。一位盘古活动人士告诉记者今年早些时候,“这些矿工通常会清理地面,然后挖洞。之后,他们将化学处理过的液体倒进洞里。当他们完成时,他们没有盖住地面上的洞,当下雨时造成山体滑坡。”

缅甸Bawsaing矿井中的工人。
缅甸Bawsaing矿井中的工人。来源:Ian Watkinson/Imaggeo

回收稀土元素

从道德和可持续的角度采购稀土元素是一个巨大的挑战。许多政府、采矿业和可再生能源公司都致力于解决这一问题。除了加强对稀土元素供应链的监管和透明度外,减少稀土元素开采的许多可行解决方案之一是回收永磁体。

今天,世界回收了少量的罕见的地球元素来自最终产品,但是回收可以帮助满足未来约30%的钕、镨、镝需求。

稀土元素的回收利用目前是通过结合流程包括湿法冶金(酸浸法提取稀土氧化物和盐),火法冶金(高温焙烧和熔化),或电化学(根据材料获得或失去电子的不同能力,用电来分离材料)。一些公司,包括诺誉磁学而且REEcycle在德克萨斯州,以及HyProMag英国的两家公司都是稀土元素回收领域的早期参与者。或者,英国的REEgain该项目正在试验使用细菌和微生物从产品中吸收稀土元素。

为更可持续、负责任和循环的生命周期提供解决方案

即使对替代材料的研究仍在继续,可再生能源的未来仍可能涉及大量稀土元素。清洁能源行业的首要任务是,也必须是尽可能以可持续、合乎道德和循环的方式采购能源。从政府到行业,再到消费者的利益相关者都可以支持以下战略

  1. 确保道德供应链。风能行业的公司及其供应商可以加入国际稀土元素伦理责任委员会,包括国际矿业和金属理事会负责任采矿保证研究所.他们可以确保他们的稀土元素来自附近社区提供的地区自由、事先和知情的同意采矿作业。
  2. 支持稀土元素回收利用。政府可以通过扩大对诸如联合国环境保护署等实体的回收资金,投资于稀土元素回收和再利用技术的研发能源关键金属研究所或者为回收公司提供有竞争力的补助金和启动资金。公司还可以在永磁体上标注其所含的化学成分,以方便更安全、更简单的拆卸和分离。
  3. 投资稀土元素替代品。对工程师来说,设计不含或不含钕、镝、镨和铽的轻质、强力磁铁一直是一个难以捉摸的挑战。但他们继续前进,在磁铁方面取得了进展铈和钴和其他材料。一些工程师还认为,其他聪明的创新风力涡轮机设计的其他方面可以减少对稀土磁铁的需求。

稀土元素在技术上并不“稀有”,可持续采购的创造性解决方案也不“稀有”。将这些聪明的想法与循环结合起来风力涡轮机叶片解决方案,我们正朝着一个圆形的风力涡轮机生命周期飞行!


风力涡轮机是如何制造的?当风力涡轮机达到其使用寿命的终点时会发生什么?他们的原材料来自哪里,当他们退役后,我们能把这些材料加工成其他有用的产品或回收的刀片吗?我们如何才能朝着可持续的、负责任的风能供应链迈进,并确保所有材料都能“循环往复”?点击下面的链接答案:

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