Bagaimana teknik mendaur ulang magnet permanen tanah jarang dapat mengubah ekonomi hijau – Dunia Fisika

<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="Prospek pertumbuhan Magnet permanen tanah jarang sangat penting bagi “ekonomi ramah lingkungan”, namun dengan lebih dari 99% yang dibuang, pasar potensial untuk magnet daur ulang HyProMag mulai dari turbin angin dan hard drive komputer hingga motor pada mobil listrik. (Sumber (dari kiri): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03 /bagaimana-teknik-untuk-daur ulang-magnet-permanen-bumi-langka-dapat-mengubah-dunia-ekonomi-hijau-fisika-dunia.jpg”>

Saya baru-baru ini menjalankan misi dagang ke Kanada yang didanai oleh Innovate UK, tempat saya bertemu Alan Walton – seorang ilmuwan material yang ikut mendirikan perusahaan bernama HyProMag. Berasal dari Universitas Birmingham pada tahun 2018, HyProMag telah mengembangkan teknik untuk mendaur ulang magnet tanah jarang, yang banyak digunakan dalam turbin angin, motor kendaraan listrik (EV), dan bagian lain dari “ekonomi hijau”.

Setelah diundang untuk mengunjungi fasilitas daur ulang prototipe HyProMag di kampus Birmingham, saya melihat bahwa teknologi tersebut sedang berkembang menjadi kisah sukses besar di Inggris. Jadi ketika Dunia Fisika Kirim aku siaran pers mengumumkan bahwa perusahaan akan memulai produksi komersial pada Taman Energi Tyseley di Birmingham pada pertengahan tahun 2024, saya tahu naluri saya beralasan.

Magnet permanen tanah jarang – seperti yang saya jelaskan di kolom saya beberapa bulan yang lalu – adalah paduan unsur-unsur seperti neodymium, samarium dan cerium. Dengan transisi menuju perekonomian “energi ramah lingkungan” yang kini sedang berjalan lancar, permintaan akan logam tanah jarang (rare earth) menjadi tinggi. Perkiraan menunjukkan bahwa pasar akan tumbuh sebanyak tujuh kali lipat antara tahun 2021 dan 2040.

Masalahnya adalah, sekitar 80–90% neodymium dunia saat ini dibuat – atau dikendalikan oleh – perusahaan Tiongkok. Hal ini mendorong beberapa negara, seperti AS, untuk melakukan hal tersebut merombak produksi magnet permanen mereka sendiri. Namun cara lain untuk mengamankan pasokan logam tanah jarang adalah dengan mendaur ulang material. Itu sebabnya peluncuran fasilitas HyProMag dalam waktu dekat sangat menarik, terutama karena prosesnya sangat hemat energi.

Mengekstraksi elemen

Ada banyak metode yang mungkin dilakukan untuk mengekstrak unsur tanah jarang dari bahan limbah atau dari produk yang telah mencapai akhir masa pakainya. Sebagian besar pekerjaan sejauh ini terfokus pada mendapatkan unsur-unsur individual dengan terlebih dahulu melarutkan magnet dan kemudian memulihkan logam tanah jarang dari aliran limbah cair yang masuk kembali ke rantai pasokan di awal proses pembuatan magnet.

Mendukung ekonomi hijau: pencarian magnet tanpa unsur tanah jarang

Pendekatan ini sering disebut daur ulang “long-loop” karena semuanya dipecah menggunakan berbagai teknik dan diperoleh kembali sebagai oksida tanah jarang. Oksida-oksida ini kemudian harus diubah menjadi logam sebelum dituang menjadi paduan dan dipecah menjadi bubuk paduan halus untuk membuat magnet. Daur ulang jangka panjang merupakan proses yang penting namun boros energi dan mahal.

Pabrik Tyseley mengambil pendekatan berbeda, berdasarkan paten Universitas Birmingham Pemrosesan Hidrogen dari Magnet Scrap (HPMS) teknik. Ia menggunakan hidrogen sebagai gas pemrosesan untuk memisahkan magnet dari aliran limbah sebagai bubuk paduan magnet, yang dapat dipadatkan menjadi "disinter" magnet tanah jarang. Tidak memerlukan panas, proses ini relatif cepat yang disebut daur ulang “short-loop”.

Sebanyak 259 juta hard disk drive dikirimkan pada tahun 2021, sehingga pasar magnet daur ulang sangat besar.

Ketika saya melihat-lihat lini prototipe perusahaan tersebut tahun lalu, saya perhatikan bahwa perusahaan tersebut dapat mendaur ulang hard disk drive (HDD) yang ditemukan di komputer. Setiap piringan dapat menampung sebanyak 16 gram bahan magnetik, sekitar seperempatnya merupakan unsur tanah jarang. Itu hanya sebagian kecil dari keseluruhan massa disk, tetapi, seperti yang Anda ingat saya tunjukkan, sebanyak 259 juta HDD dikirimkan pada tahun 2021, sehingga pasarnya sangat besar.

Metode produksi HyProMag melibatkan robot dengan sensor medan magnet yang terlebih dahulu mengidentifikasi lokasi motor HDD, yang berisi magnet permanen tanah jarang yang sangat penting. Bagian dengan motor kemudian dipotong, dan sisa disk dikirim untuk daur ulang konvensional. Bagian motor akhirnya terkena hidrogen pada tekanan atmosfer dan suhu ruangan melalui teknik HPMS.

[Embedded content]

Hebatnya, magnet tanah jarang – biasanya paduan neodymium, besi dan boron (NdFeB) – pecah begitu saja dan membentuk bubuk. Saya telah melihat video prosesnya dan itu seperti melihat sesuatu berubah menjadi karat. Yang terpenting, bubuk tersebut mengalami kerusakan magnet sehingga lapisan apa pun pada magnet terkelupas dari permukaan magnet dan dapat dengan mudah dipisahkan.

Serbuk NdFeB yang diekstraksi kemudian diayak untuk menghilangkan pengotor sebelum diolah kembali menjadi bahan magnet baru atau paduan tanah jarang. HyProMag berpendapat bahwa proses ini memerlukan energi 15% lebih sedikit dibandingkan energi yang dibutuhkan untuk membuat magnet tanah jarang dari sumber primer, dan hal ini merupakan hal yang mengesankan. Perusahaan telah memproduksi lebih dari 3000 magnet tanah jarang baru di pabrik percontohannya untuk mitra proyek dan pelanggan potensial, dan magnet tersebut diuji dalam berbagai aplikasi di sektor otomotif, ruang angkasa, dan elektronik.

Janji produksi

Namun perusahaan ingin melewati tahap uji coba dan menjadi pemasok magnet dalam jumlah besar. Itulah mengapa peningkatan skala pabrik Tyseley sangat penting. Perusahaan memperkirakan pada awalnya akan mampu memproses hingga 20 ton magnet dan paduan logam tanah jarang per tahun – dan pada akhirnya akan mampu memproses hingga lima kali lipat jumlah tersebut. HyProMag juga merencanakan fasilitas lebih lanjut di Jerman dan Amerika.

Teknologi ini menjanjikan karena begitu banyak produk yang mengandung magnet tanah jarang, namun ketika magnet tersebut dibuang, magnet tersebut akan terkoyak dan pecah. Serbuk yang dihasilkan tetap bersifat magnetis, menempel pada potongan besi dan komponen tanaman, namun kurang dari 1% magnet yang dapat didaur ulang. Namun, HyProMag dapat menghilangkan bahan ini secara efisien sebelum diparut dan sudah mencari beragam sumber sisa yang ekonomis.

“Sulit untuk melihat daur ulang magnet tanah jarang dalam skala besar terjadi tanpa proses pemisahan yang efisien seperti HPMS,” kata Walton. “Jalur percontohan saat ini memungkinkan kami memproses hingga dua ton aplikasi skrap dalam sekali proses, dengan pabrik komersial ditingkatkan skalanya untuk memungkinkan ukuran batch yang jauh lebih besar.” Pemuatan hingga penghilangan bubuk dapat dilakukan, klaim perusahaan, hanya dalam waktu empat jam.

Seiring dengan meningkatnya permintaan akan tanah jarang dan jumlah bahan magnetik bekas yang tersedia, daur ulang magnet tersebut menjadi peluang yang semakin besar dan proses yang semakin layak. Lihat saja pertumbuhan sektor kendaraan listrik: motor listrik pada umumnya memiliki 2–5 kg bahan magnetis dan penjualan kendaraan listrik di seluruh dunia diperkirakan akan meningkat menjadi 65 juta per tahun pada tahun 2030, menurut perusahaan riset pasar. IHS Markit.

[Embedded content]

Sumber mineral tanah jarang lainnya yang sangat besar adalah turbin angin, yang sebagian besar sudah mencapai akhir masa pakainya setelah digunakan selama beberapa dekade. Generator mereka mengandung hingga 650 kg tanah jarang per megawatt kapasitas generator. Mengingat Inggris bertujuan untuk memiliki kapasitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai hingga 75 GW pada tahun 2050, maka Inggris akan memiliki hampir 50,000 ton magnet tanah jarang di tahun-tahun mendatang, menurut Martyn Cherrington dari Innovate UK, yang menjalankannya Rantai Pasokan Bahan Kritis Melingkar (IKLIM).

Peluang jangka panjang seperti ini seringkali memerlukan dukungan pemerintah – dan daur ulang magnet permanen logam tanah jarang tidak terkecuali. Memang benar, penelitian mendasar di balik karya HyProMag dimulai bertahun-tahun sebelum karya tersebut dipisahkan. Perusahaan juga mendapat manfaat dari dukungan finansial dari berbagai sumber, termasuk Riset dan Inovasi Inggris Mendorong Revolusi Listrik program, Uni Eropa dan investor swasta.

Pada tahun 2023 HyProMag Ltd telah dibeli oleh perusahaan Kanada Maginito, yang merupakan bagian dari Sumber Daya Mkango – sebuah perusahaan eksplorasi dan pengembangan mineral yang terdaftar di bursa saham Inggris dan Kanada. Mkango dengan jelas melihat potensi teknologi daur ulang dan pembuatan magnet HyProMag. Ini adalah kisah sukses Inggris yang luar biasa, yang dapat memberikan potensi global jangka panjang yang besar bagi ekonomi sirkular.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/