Kako bi tehnika za recikliranje redkih zemeljskih trajnih magnetov lahko spremenila zeleno gospodarstvo – Svet fizike

<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="Obeti za rast Rare-earth permanent magnets are vital for the “green economy”, but with more than 99% scrapped, the potential market for HyProMag’s recycled magnets stretches from wind turbines and computer hard drives to motors in electric cars. (Courtesy (from left): Shutterstock/pedrosala; iStock/madsci; iStock/Aranga87)” title=”Click to open image in popup” 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”>

Pred kratkim sem šel na trgovinsko misijo v Kanado, ki jo je financiral Innovate UK, kjer sem spoznal Allan Walton – znanstvenik za materiale, ki je soustanovil podjetje imenovano HyProMag. Podjetje HyProMag, ki se je leta 2018 ločilo od Univerze v Birminghamu, je razvilo tehniko za recikliranje magnetov redkih zemelj, ki se pogosto uporabljajo v vetrnih turbinah, motorjih za električna vozila (EV) in drugih delih »zelenega gospodarstva«.

Ko sem bil povabljen na ogled HyProMagovega obrata za recikliranje prototipov v kampusu v Birminghamu, sem videl, da se tehnologija oblikuje kot velika zgodba o uspehu v Združenem kraljestvu. Torej kdaj Svet fizike občuti me Sporočilo za javnost napoveduje, da bo podjetje začelo komercialno proizvodnjo ob Tyseley Energy Park v Birminghamu do sredine leta 2024 sem vedel, da so moji instinkti dobro utemeljeni.

Trajni magneti redkih zemelj – kot sem opisal v svoji kolumni pred nekaj meseci – so zlitine elementov, kot so neodim, samarij in cerij. Ker je prehod na gospodarstvo »čiste energije« v polnem teku, je povpraševanje po redkih zemljah veliko. Ocene kažejo, da se bo trg med letoma 2021 in 2040 povečal za kar sedemkrat.

Težava je v tem, da okoli 80–90 % svetovnega neodija trenutno proizvedejo – ali nadzirajo – kitajska podjetja. To je spodbudilo nekatere države, kot so ZDA, da prenoviti lastno proizvodnjo trajnih magnetov. Toda drug način za zagotovitev zalog redkih zemelj je recikliranje materialov. Zato je skorajšnji zagon HyProMagovega obrata tako zanimiv, še posebej, ker je njegov proces tako energetsko učinkovit.

Ekstrahiranje elementov

Obstaja veliko možnih metod za pridobivanje elementov redkih zemelj iz odpadnih materialov ali izdelkov, ki so dosegli konec svoje življenjske dobe. Večina dela je bila doslej osredotočena na pridobivanje posameznih elementov s prvim raztapljanjem magnetov in nato pridobivanjem redkih zemelj iz tokov tekočih odpadkov, ki ponovno vstopijo v dobavno verigo zgodaj v procesu izdelave magnetov.

Spodbujanje zelenega gospodarstva: iskanje magnetov brez redkih zemelj

Ta pristop se pogosto imenuje recikliranje z "dolgo zanko", saj se vse razgradi z različnimi tehnikami in obnovi kot oksidi redkih zemelj. Te okside je treba nato pretvoriti v kovine, preden jih ulijejo v zlitine in razgraditi v fin prah zlitine, da se izdelajo magneti. Recikliranje z dolgo zanko je pomemben, a energetsko intenziven in drag proces.

Tovarna Tyseley ima drugačen pristop, saj temelji na patentu Univerze v Birminghamu Predelava magnetnih odpadkov z vodikom (HPMS) tehniko. Uporablja vodik kot procesni plin za ločevanje magnetov iz tokov odpadkov kot prah magnetne zlitine, ki se lahko kompaktizira v “sintrano” magneti redkih zemelj. Ne potrebuje toplote, gre za razmeroma hiter postopek, imenovan recikliranje v "kratki zanki".

Leta 259 je bilo poslanih osupljivih 2021 milijonov trdih diskov, zato je trg recikliranih magnetov ogromen.

Ko sem si lani ogledal linijo prototipov podjetja, sem opazil, da lahko reciklira trde diske (HDD), ki jih najdemo v računalnikih. Vsak disk ima lahko kar 16 g magnetnega materiala, od tega je približno četrtina elementov redkih zemelj. To je le majhen del celotne mase diska, vendar kot se spomnite, sem poudaril, leta 259 je bilo poslanih osupljivih 2021 milijonov trdih diskov, tako da je trg ogromen.

Proizvodna metoda HyProMag vključuje robota s senzorji magnetnega polja, ki najprej identificira lokacijo motorja trdega diska, ki vsebuje nadvse pomemben trajni magnet redkih zemelj. Odsek z motorjem se nato odreže, preostali del diska pa se pošlje v konvencionalno recikliranje. Del motorja je končno izpostavljen vodiku pri atmosferskem tlaku in sobni temperaturi s tehniko HPMS.

[Vgrajeni vsebina]

Neverjetno je, da magneti redkih zemelj – običajno zlitine neodija, železa in bora (NdFeB) – preprosto razpadejo in tvorijo prah. Videl sem video posnetke postopka in je kot bi gledal, kako se nekaj spreminja v rjo. Bistveno je, da se prah razmagneti, tako da se morebitne prevleke na magnetu odluščijo s površine magnetov in jih je mogoče zlahka ločiti.

Ekstrahiran prah NdFeB se nato preseje, da se odstranijo nečistoče, preden se ponovno predela v nove magnetne materiale ali zlitine redkih zemelj. HyProMag računa, da postopek zahteva 15 % manj energije kot je potrebna za izdelavo magnetov redkih zemelj iz primarnih virov, kar je impresivno. V svoji pilotni tovarni je proizvedlo že več kot 3000 novih magnetov redkih zemelj za projektne partnerje in potencialne stranke, pri čemer so bili magneti preizkušeni v številnih aplikacijah v avtomobilskem, letalskem in elektronskem sektorju.

Proizvodne obljube

Toda podjetje želi preseči poskusno fazo in postati količinski dobavitelj magnetov. Zato je povečana tovarna Tyseley tako pomembna. Podjetje računa, da bo sprva lahko predelalo do 20 ton redkih zemeljskih magnetov in zlitin na leto – in na koncu petkrat to količino. HyProMag načrtuje tudi nadaljnje obrate v Nemčiji in ZDA.

Tehnologija je obetavna, ker toliko izdelkov vsebuje magnete redkih zemelj, a ko jih zavržemo, se magneti razrežejo in razpadejo. Nastali prah ostane magneten in se prilepi na ostanke železa in komponente rastlin, vendar se reciklira manj kot 1 % magnetov. HyProMag pa lahko ta material učinkovito odstrani, preden ga razrežejo, in že išče raznoliko paleto ekonomsko upravičenih virov odpadkov.

"Težko je videti obsežno recikliranje magnetov redkih zemelj brez učinkovitega postopka ločevanja, kot je HPMS," pravi Walton. "Trenutna pilotna linija nam omogoča, da obdelamo do dve toni odpadkov v enem samem zagonu, pri čemer je komercialni obrat prilagojen tako, da omogoča veliko večje velikosti serij." Podjetje trdi, da je nalaganje do odstranitve prahu mogoče opraviti v pičlih štirih urah.

Ker se povpraševanje po redkih zemeljskih elementih povečuje in količina rabljenega magnetnega materiala, ki je na voljo, postaja recikliranje takšnih magnetov vedno večja priložnost in vedno bolj izvedljiv postopek. Samo poglejte rast sektorja električnih vozil: tipičen električni motor ima 2–5 kg magnetnega materiala in svetovna prodaja električnih vozil naj bi do leta 65 narasla na 2030 milijonov na leto, glede na podjetje za tržne raziskave IHS Markit.

[Vgrajeni vsebina]

Drug velik vir redkih zemelj so vetrne turbine, od katerih se mnoge po desetletjih uporabe iztekajo. Njihovi generatorji vsebujejo do 650 kg redkih zemelj na megavat zmogljivosti generatorja. Glede na to, da želi Združeno kraljestvo do leta 75 imeti do 2050 GW zmogljivosti vetrnih elektrarn na morju, bo imelo v prihodnjih letih skoraj 50,000 ton magnetov redkih zemelj, glede na podatke Martyn Cherrington iz Innovate UK, ki ga vodi Krožna dobavna veriga kritičnih materialov (KLIMATE).

Takšne dolgoročne priložnosti pogosto potrebujejo vladno podporo – in recikliranje trajnih magnetov iz redkih zemelj ni bila izjema. Dejansko so se temeljne raziskave v ozadju dela HyProMaga začele mnogo let, preden je bil izločen. Podjetje je prejelo tudi finančno podporo iz različnih virov, vključno z raziskavami in inovacijami Združenega kraljestva Pogon električne revolucije programa, Evropske unije in zasebnih vlagateljev.

Leta 2023 je HyProMag Ltd je bil kupljen s strani kanadskega podjetja Maginito, ki je del Viri Mkango – podjetje za raziskovanje in razvoj rudnin, ki kotira na borzah v Združenem kraljestvu in Kanadi. Mkango je jasno videl potencial HyProMagove tehnologije recikliranja in izdelave magnetov. To je odlična zgodba o uspehu Združenega kraljestva, ki bi lahko imela ogromen dolgoročni globalni potencial za krožno gospodarstvo.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/