Πώς μια τεχνική για την ανακύκλωση μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών θα μπορούσε να μεταμορφώσει την πράσινη οικονομία – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy-physics-world.jpg" data-caption="Προοπτικές ανάπτυξης Οι μόνιμοι μαγνήτες σπάνιων γαιών είναι ζωτικής σημασίας για την «πράσινη οικονομία», αλλά με περισσότερο από 99% απόσυρση, η πιθανή αγορά για τους ανακυκλωμένους μαγνήτες της HyProMag εκτείνεται από ανεμογεννήτριες και σκληρούς δίσκους υπολογιστών έως κινητήρες ηλεκτρικών αυτοκινήτων. (Ευγενική προσφορά (από αριστερά): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy-physics-world.jpg”>

Πρόσφατα πήγα σε μια εμπορική αποστολή στον Καναδά με χρηματοδότηση από το Innovate UK, όπου και συναντήθηκα Άλαν Γουόλτον – τηλεφώνησε ένας επιστήμονας υλικών που συνίδρυσε μια εταιρεία HyProMag. Από το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ το 2018, η HyProMag ανέπτυξε μια τεχνική για την ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε ανεμογεννήτριες, κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και άλλα μέρη της «πράσινης οικονομίας».

Έχοντας προσκληθεί να περιηγηθώ στις πρωτότυπες εγκαταστάσεις ανακύκλωσης της HyProMag στην πανεπιστημιούπολη του Μπέρμιγχαμ, είδα ότι η τεχνολογία διαμορφωνόταν σε μια μεγάλη ιστορία επιτυχίας στο Ηνωμένο Βασίλειο. Οπότε πότε Κόσμος Φυσικής Στείλε μου ένα δελτίο τύπου ανακοινώνοντας ότι η εταιρεία πρόκειται να ξεκινήσει την εμπορική παραγωγή στις Tyseley Energy Park στο Μπέρμιγχαμ μέχρι τα μέσα του 2024, ήξερα ότι τα ένστικτά μου ήταν καλά θεμελιωμένα.

Μόνιμοι μαγνήτες σπανίων γαιών – όπως περιέγραψα στη στήλη μου λίγους μήνες πριν – είναι κράματα στοιχείων όπως νεοδύμιο, σαμάριο και δημήτριο. Με τη μετάβαση σε μια οικονομία «καθαρής ενέργειας» τώρα σε πλήρη εξέλιξη, η ζήτηση για σπάνιες γαίες είναι υψηλή. Οι εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι η αγορά θα αυξηθεί κατά επτά φορές μεταξύ 2021 και 2040.

Το πρόβλημα είναι ότι περίπου το 80–90% του παγκόσμιου νεοδυμίου κατασκευάζεται –ή ελέγχεται από– κινεζικές εταιρείες. Αυτό ώθησε ορισμένα έθνη, όπως οι ΗΠΑ, να ανανεώσουν τη δική τους παραγωγή μόνιμων μαγνητών. Αλλά ένας άλλος τρόπος για να εξασφαλιστούν οι προμήθειες σπάνιων γαιών είναι η ανακύκλωση υλικών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επικείμενη έναρξη λειτουργίας της εγκατάστασης της HyProMag είναι τόσο ενδιαφέρουσα, ειδικά καθώς η διαδικασία της είναι τόσο ενεργειακά αποδοτική.

Εξαγωγή στοιχείων

Υπάρχουν πολλές πιθανές μέθοδοι για την εξαγωγή στοιχείων σπάνιων γαιών από απόβλητα υλικά ή από προϊόντα που έχουν φτάσει στο τέλος της ζωής τους. Το μεγαλύτερο μέρος της δουλειάς έχει επικεντρωθεί μέχρι στιγμής στην απόκτηση των μεμονωμένων στοιχείων διαλύοντας πρώτα τους μαγνήτες και στη συνέχεια ανακτώντας τις σπάνιες γαίες από ροές υγρών αποβλήτων που εισέρχονται ξανά στην αλυσίδα εφοδιασμού νωρίς στη διαδικασία δημιουργίας μαγνητών.

Ενισχύοντας την πράσινη οικονομία: η αναζήτηση για μαγνήτες χωρίς σπάνιες γαίες

Αυτή η προσέγγιση ονομάζεται συχνά ανακύκλωση "μεγάλου βρόχου", καθώς τα πάντα αναλύονται χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές και ανακτώνται ως οξείδια σπάνιων γαιών. Αυτά τα οξείδια πρέπει στη συνέχεια να μετατραπούν σε μέταλλα πριν χυθούν σε κράματα και να διασπαστούν σε σκόνη λεπτού κράματος για να γίνουν οι μαγνήτες. Η ανακύκλωση μακράς διάρκειας είναι μια σημαντική αλλά ενεργοβόρα και δαπανηρή διαδικασία.

Το εργοστάσιο του Tyseley ακολουθεί μια διαφορετική προσέγγιση, καθώς βασίζεται στο πατενταρισμένο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του Πανεπιστημίου του Μπέρμιγχαμ Επεξεργασία υδρογόνου σκραπ μαγνητών τεχνική (HPMS). Χρησιμοποιεί υδρογόνο ως αέριο επεξεργασίας για να διαχωρίσει τους μαγνήτες από τα ρεύματα αποβλήτων ως σκόνη κράματος μαγνήτη, η οποία μπορεί να συμπιεστεί σε «συντετριμμένο» μαγνήτες σπάνιων γαιών. Δεν απαιτεί θερμότητα, είναι μια σχετικά γρήγορη διαδικασία που ονομάζεται ανακύκλωση "μικρού βρόχου".

Το 259 απεστάλησαν 2021 εκατομμύρια μονάδες σκληρού δίσκου, επομένως η αγορά ανακυκλωμένων μαγνητών είναι τεράστια.

Όταν κοίταξα γύρω από τη σειρά πρωτοτύπων της εταιρείας πέρυσι, παρατήρησα ότι μπορεί να ανακυκλώσει τους σκληρούς δίσκους (HDD) που βρίσκονται σε υπολογιστές. Κάθε δίσκος μπορεί να έχει έως και 16 g μαγνητικού υλικού, περίπου το ένα τέταρτο του οποίου είναι στοιχεία σπάνιων γαιών. Αυτό είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής μάζας του δίσκου, αλλά όπως θα θυμάστε να έχω επισημάνει, απεστάλησαν 259 εκατομμύρια σκληροί δίσκοι το 2021, επομένως η αγορά είναι τεράστια.

Η μέθοδος παραγωγής του HyProMag περιλαμβάνει ένα ρομπότ με αισθητήρες μαγνητικού πεδίου που εντοπίζουν πρώτα τη θέση του κινητήρα του HDD, ο οποίος περιέχει τον πολύ σημαντικό μόνιμο μαγνήτη σπάνιων γαιών. Στη συνέχεια, το τμήμα με τον κινητήρα κόβεται και ο υπόλοιπος δίσκος αποστέλλεται για συμβατική ανακύκλωση. Το τμήμα του κινητήρα τελικά εκτίθεται σε υδρογόνο σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία δωματίου μέσω της τεχνικής HPMS.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Παραδόξως, οι μαγνήτες των σπάνιων γαιών - τυπικά κράματα νεοδυμίου, σιδήρου και βορίου (NdFeB) - απλώς διασπώνται για να σχηματίσουν σκόνη. Έχω δει βίντεο της διαδικασίας και είναι σαν να βλέπεις κάτι να σκουριάζει. Το σημαντικότερο είναι ότι η σκόνη απομαγνητίζεται και έτσι τυχόν επικαλύψεις στον μαγνήτη ξεφλουδίζονται από την επιφάνεια των μαγνητών και μπορούν εύκολα να διαχωριστούν.

Η εξαγόμενη σκόνη NdFeB στη συνέχεια κοσκινίζεται για να αφαιρεθούν οι ακαθαρσίες πριν υποβληθεί εκ νέου σε επεξεργασία σε νέα μαγνητικά υλικά ή κράματα σπάνιων γαιών. Το HyProMag υπολογίζει ότι η διαδικασία απαιτεί 15% λιγότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για την κατασκευή μαγνητών σπάνιων γαιών από πρωτογενείς πηγές, κάτι που είναι εντυπωσιακό. Έχει ήδη παραγάγει περισσότερους από 3000 νέους μαγνήτες για σπάνιες γαίες στο πιλοτικό εργοστάσιό της για συνεργάτες του έργου και πιθανούς πελάτες, με τους μαγνήτες να έχουν δοκιμαστεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας, της αεροδιαστημικής και των ηλεκτρονικών.

Υποσχέσεις παραγωγής

Αλλά η εταιρεία θέλει να ξεπεράσει τη δοκιμαστική φάση και να γίνει προμηθευτής όγκου μαγνητών. Γι' αυτό το εργοστάσιο κλιμάκωσης Tyseley είναι τόσο σημαντικό. Η εταιρεία υπολογίζει ότι αρχικά θα μπορεί να επεξεργάζεται έως και 20 τόνους μαγνητών και κραμάτων σπάνιων γαιών ετησίως – και τελικά πέντε φορές αυτής της ποσότητας. Η HyProMag σχεδιάζει επίσης περαιτέρω εγκαταστάσεις στη Γερμανία και τις ΗΠΑ.

Η τεχνολογία είναι πολλά υποσχόμενη επειδή τόσα πολλά προϊόντα περιέχουν μαγνήτες σπάνιων γαιών, αλλά όταν απορρίπτονται οι μαγνήτες τεμαχίζονται και διασπώνται. Η σκόνη που προκύπτει παραμένει μαγνητική, κολλώντας στα σιδηρούχα θραύσματα και στα συστατικά του φυτού, αλλά λιγότερο από το 1% των μαγνητών ανακυκλώνεται. Ωστόσο, το HyProMag μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά αυτό το υλικό πριν τεμαχιστεί και ήδη αναζητά μια ποικιλία από οικονομικά βιώσιμες πηγές σκραπ.

«Είναι δύσκολο να δούμε μεγάλης κλίμακας ανακύκλωση μαγνητών σπάνιων γαιών να απογειώνεται χωρίς μια αποτελεσματική διαδικασία διαχωρισμού όπως το HPMS», λέει ο Walton. «Η τρέχουσα πιλοτική γραμμή μας επιτρέπει να επεξεργαζόμαστε έως και δύο τόνους εφαρμογών σκραπ σε μία μόνο σειρά, με το εμπορικό εργοστάσιο να έχει κλιμακωθεί ώστε να επιτρέπει πολύ μεγαλύτερα μεγέθη παρτίδων». Η φόρτωση στην αφαίρεση σκόνης μπορεί να γίνει, ισχυρίζεται η εταιρεία, σε μόλις τέσσερις ώρες.

Καθώς η ζήτηση για σπάνιες γαίες αυξάνεται και η ποσότητα του διαθέσιμου μαγνητικού υλικού από δεύτερο χέρι αυξάνεται, η ανακύκλωση τέτοιων μαγνητών γίνεται μια ολοένα μεγαλύτερη ευκαιρία και μια ολοένα πιο βιώσιμη διαδικασία. Κοιτάξτε μόνο την ανάπτυξη του κλάδου των EV: ένας τυπικός ηλεκτροκινητήρας έχει 2-5 κιλά μαγνητικού υλικού και οι παγκόσμιες πωλήσεις EV αναμένεται να αυξηθούν σε 65 εκατομμύρια ετησίως έως το 2030, σύμφωνα με εταιρεία έρευνας αγοράς IHS Markit.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Μια άλλη τεράστια πηγή σπάνιων γαιών είναι οι ανεμογεννήτριες, πολλές από τις οποίες φτάνουν στο τέλος της ζωής τους μετά από δεκαετίες χρήσης. Οι γεννήτριές τους περιέχουν έως και 650 κιλά σπάνιων γαιών ανά μεγαβάτ χωρητικότητας γεννήτριας. Δεδομένου ότι το Ηνωμένο Βασίλειο σκοπεύει να έχει έως και 75 GW υπεράκτιας αιολικής δυναμικότητας μέχρι το 2050, θα έχει σχεδόν 50,000 τόνους μαγνήτες για σπάνιες γαίες τα επόμενα χρόνια, σύμφωνα με Μάρτιν Τσέρινγκτον από την Innovate UK, που τη διαχειρίζεται Κυκλική Εφοδιαστική Αλυσίδα Κρίσιμων Υλικών (ΚΛΙΜΑΤΑ) πρόγραμμα.

Τέτοιες μακροπρόθεσμες ευκαιρίες χρειάζονται συχνά κρατική υποστήριξη – και η ανακύκλωση μόνιμων μαγνητών σπάνιων γαιών δεν αποτελεί εξαίρεση. Πράγματι, η θεμελιώδης έρευνα πίσω από το έργο του HyProMag ξεκίνησε πολλά χρόνια πριν από την απόσπασή του. Η εταιρεία έχει επίσης επωφεληθεί από οικονομική υποστήριξη από μια σειρά πηγών, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας και της καινοτομίας του Ηνωμένου Βασιλείου Οδηγώντας την Ηλεκτρική Επανάσταση του προγράμματος, της Ευρωπαϊκής Ένωσης και των ιδιωτών επενδυτών.

Το 2023 η HyProMag Ltd αγοράστηκε από την καναδική εταιρεία Maginito, το οποίο αποτελεί τμήμα του Πόροι Mkango – εταιρεία έρευνας και ανάπτυξης ορυκτών εισηγμένη στα χρηματιστήρια του Ηνωμένου Βασιλείου και του Καναδά. Η Mkango είδε ξεκάθαρα τις δυνατότητες της τεχνολογίας ανακύκλωσης και κατασκευής μαγνητών της HyProMag. Είναι μια μεγάλη ιστορία επιτυχίας στο Ηνωμένο Βασίλειο, η οποία θα μπορούσε να έχει τεράστιο μακροπρόθεσμο παγκόσμιο δυναμικό για την κυκλική οικονομία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/