Главное Меню

5 исследовательских проектов, работающих над созданием технологий рекуперации критических материалов для экологически чистой энергетики

При создании многих экологически чистых энергетических технологий, включая ветряные турбины, электромобили, солнечные панели и энергоэффективное освещение, используются редкие материалы, обладающие уникальными физическими и химическими свойствами. В 2011 году министерство энергетики США провело исследование мировых запасов, спроса, и потребления редких материалов, используемых при создании оборудования в секторе чистых технологий и альтернативной энергетики. В ходе данного исследования эксперты пришли к выводу, что пять редкоземельных металлов: неодим, европий, тербий, диспрозий и иттрий являются критическими для энергетических технологий, так как уже в ближайшее время их потребление может превысить объемы мировых поставок.

SONY DSCНеодим (Nd) – в чистом виде мягкий серебристый металл, используемый в производстве мощных постоянных магнитов. Данные магниты широко применяются в производстве мобильных телефонов, жестких дисков и бытовой электроники. Неодимовые магниты также необходимы для работы ветрогенераторов и электрических двигателей.

SONY DSCЕвропий (Eu) – редкоземельный металл, обладающий уникальными люминисцентными свойствами. Европий эффективно преобразует ультрафиолетовую часть спектра в видимый свет. Данный металл используется для передачи красного цвета в телевизионных и компьютерных экранах. Европий также необходим для производства энергоэффективных люминисцентных ламп и светодиодов.

SONY DSCТербий (Tb)  широко используется в производстве люминофоров, магнитострикционных материалов, полупроводниковых деталей компьютеров и электронных устройств. Сплав тербия и железа считается лучшим на сегодняшний день магнитострикционным материалом для изготовления мощных сервоприводов. Тербий также используется в качестве стабилизатора топливных элементов, которые эксплуатируются при высоких температурах.

SONY DSCДиспрозий (Dy) не встречается в природе в чистом виде, но входит в состав некоторых минералов, например, ксенотима. Диспрозий широко используют в производстве лазеров, осветительных устройств, жестких дисков и электроники. Оксид диспрозия применяется в производстве сверхмощных магнитов. Материал также используется в электродвигателях и гибридных электромобилях.

SONY DSCИттрий (Y) обладает рядом уникальных свойств и особенностей, что способствует его широкому применению в промышленности и других областях. Материал используется в создании медицинских препаратов для лечения рака и ревматоидного артрита. Иттрий также является важным элементов в производстве термоэлектрических материалов, сверхпроводников и электролитов твердооксидных топливных элементов.

Несмотря на то, что вышеуказанные элементы, как правило, используются в небольших объемах, ожидаемое развитие альтернативных энергетических технологий может существенно повысить мировой спрос на данные материалы. При этом, спрос на критические материалы для энергетических технологий конкурирует со спросом на эти же материалы со стороны других секторов. Кроме того, отсутствие диверсификации поставщиков критических материалов значительно увеличивает риски их непрерывных поставок. На сегодняшний день более 95 % редкоземельных металлов добывается в Китае.

В тоже время, несмотря на растущий спрос и высокую стоимость критических материалов, только 1% от их объема восстанавливается с помощью вторичной переработки изделий, содержащих данные элементы. Главной причиной этого является тот факт, что переработка редкоземельных металлов технологически не так проста, как переработка стекла или пластика. Во-первых, количество редкоземельных элементов в отдельных устройствах чрезвычайно мало. Например, в сенсорном экране мобильного телефона редкие элементы распределены на молекулярном уровне по всей его поверхности. Кроме того, смесь полученная при переаботке электронных устройств может содержать до 65 различных элементов, что делает извлечение одного отдельного элемента крайне сложной задачей. Во-вторых, большинство существующие методов переработки электронных отходов неэффективны. Многие из них требуют большого количества энергии, токсичных растворителей и являются слишком дорогими для того, чтобы переработка стала рентабельной. Именно поэтому сегодня чрезвычайно важна роль фундаментальных и прикладных исследований, которые позволят лучше понять физические и химические аспекты переработки редкоземельных элементов, а также создать более эффективные технологии их рекуперации. В данном контексте я бы хотел представить пять европейских исследовательских проектов, разрабатывающих инновационные технологические решения в области повторной переработки и восстановления критических материалов для экологически чистой энергетики.

Научно-исследовательский проект RARE³ работает над созданием инновационных процессов переработки постоянных магнитов и люминисцентных ламп, производство которых потребляет более 70% рынка редкоземельных элементов. Используя неводные методы переработки, участники проекта фокусируются на восстановлении пяти критических редкоземельных металлов: неодима, европия, тербия, диспрозия и иттрия. Данный исследовательский проект является частью более широкой программы Лёвенского университета по созданию замкнутого цикла использования редкоземельных элементов для производства постоянных магнитов и люминисцентных ламп.

Value from Waste – совместный проект семи крупнейший европейских научно-исследовательских институтов (Fraunhofer, СЕА, ТНО, VTT, SINTEF, Tecnalia и SP), направленный на повышение эффективности рекуперации неодима и диспрозия из различных типов отходов. Одной из основных проблем переработки редкоземельных металлов является то, что данные материалы не должны быть загрязнены другими элементами, присутствующими в том или ином изделии. В данном контексте большая часть работ данного проекта связана с выявлением загрязняющих веществ в различных продуктах. Участники проекта работают над созданием новых методов и инструментов анализа содержания загрязняющих веществ в отходах содержащих редкоземельные элементы.

Проект RECLAIM работает над созданием решений, которые смогут устранить существующие технологические барьеры в переработке и рекуперации галлия, индия, иттрия и европия из солнечных панелей, светодиодов и электронных отходов.  Участники проекта разрабатывают технологию автоматизации разделения электронных блоков, которая должна уменьшить ручную работу более, чем на 80%. Кроме этого, исследователи работают над созданием экологически чистых методов повторной переработки, позволяющих рекуперировать редкоземельные элементы с чистотой 99-99.99%, что делает их пригодными для дальнейшего промышленного использования.

Основными задачами исследовательского проекта REEcover являются: 1) Повышение надежности поставок критических редкоземельных элементов: иттрия, неодима, тербия и диспрозия; 2) Укрепление позиций предприятий малого и среднего бизнеса в повторной переработке редкоземельных элементов; 3) Исследование двух различных способов переработки и восстановления редкоземельных элементов: пирометаллургического и гидрометаллургического; 4) Оценка эффективности и коммерческого потенциала данных технологий путем создания демонстрационных проектов переработки отходов железорудной промышленности (содержащих большие объемы, но низкую концентрацию редкоземельных элементов) и отходов электронного и электрического оборудования (содержащих малые объемы, но высокую концентрацию редкоземельных элементов).

Цель проекта REMANENCE – значительно увеличить объемы редкоземельных элементов, восстановленных из различных типов отходов. Главным образом проект фокусируется на создании технологий переработки неодимовых магнитов и восстановлении из них железа, бора и неодима. Неодимовые магниты используются во многих продуктах, включая жесткие диски, динамики, мобильные телефоны, электродвигатели и ветрогенераторы. В настоящее время не существует процесса рекуперации неодимовых магнитов из промышленных и бытовых отходов. В итоге этот ценный материал попросту теряется на свалках. На ряду с разработкой технологий переработки, участники проекта также работают над созданием новых методов зондирования и выделения ценных материалов из общей массы отходов.

Для удовлетворения стремительно растущего мирового спроса на критические материалы для экологически чистой энергетики требуется значительное повышение эффективности их использования. В сложившейся ситуации переработка и восстановление редкоземельных элементов может стать одним из ключевых способов увеличения объема критических ресурсов, открывая тем самым перспективные возможности для бизнеса в данной области. Создание технологически эффективных и экономически выгодных способов переработки редких материалов является примером бизнес-модели, в основе которой лежит устойчивое развитие. Переработка и утилизация электронных и электрических отходов безусловно имеет положительный эффект на окружающую среду. Вместе с тем переработанные устройства могут стать источником критических материалов для экологически чистых энергетических технологий.

,

Нет новых сообщений

Оставить Сообщение